JP3725314B2 - ウェハ上の対象点座標の補正方法および対象点座標の決定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハ上の対象点座標の補正や決定を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハは、その製造工程において種々の測定装置によって測定が行われる。測定処理の際には、ウェハを測定装置のステージ上に載置した後に、ウェハ上の予め定められた測定点に測定プローブ（光学素子や電極等）を正確に位置決めする「位置合わせ処理（アライメント処理）」が行なわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、測定装置のステージが完全な平面では無く、ステージに歪みが存在する場合がある。ステージに歪みが存在すると、この歪みに起因する位置ズレが発生する可能性がある。従って、測定点の理想的な座標値が解っている場合にも、ステージの歪みに起因する位置ズレの影響によって、うまく位置合わせ処理を行えない場合があった。このような問題は、測定点に限らず、ウェハ上の任意の対象点の座標や位置の決定に共通する問題であった。
【０００４】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、ステージの歪みによる位置ズレを考慮して、ウエハ上の対象点の座標を補正できる技術を提供することを第１の目的とする。また、ステージの歪みによる位置ズレを考慮して、ウエハ上の対象点の座標を決定できる技術を提供することを第２の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の方法は、ステージに載置されたウェハ上における対象点の座標を補正する方法であって、
（ａ）前記ステージに載置されたウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める工程と、
（ｂ）前記ステージ上に載置された任意のウェハ上の対象点の座標値を前記座標補正情報に従って補正する工程と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
上記第１の方法によれば、ウェハ上の複数の座標補正基準点に関して座標補正情報を求めておくので、この座標補正情報に基づいてステージの歪みによる位置ズレを考慮するように、任意のウェハ上の対象点の座標を補正することができる。
【０００７】
前記工程（ａ）は、
（１）前記複数の座標補正基準点を特定するための複数の同一パターンが所定の配列で設定された座標補正用ウェハを前記ステージ上に載置する工程と、
（２）前記座標補正用ウェハ上において、前記複数の同一パターンの配列を検出するとともに、前記複数の同一パターンと所定の位置関係にある前記複数の座標基準点に関して前記実測ステージ座標値を測定する工程と、
（３）前記複数の同一パターンの前記所定の配列から、前記複数の座標補正基準点に関する前記理想ステージ座標値を決定する工程と、
（４）前記工程（２）で測定された前記実測ステージ座標値と前記工程（３）で決定された前記理想ステージ座標値との関係に基づいて、前記座標補正情報を作成する工程と、
を備えることが好ましい。
【０００８】
こうすれば、ステージ上の複数の座標補正基準点について、実測ステージ座標値と理想ステージ座標値とを求めることができ、さらに、これらの座標値から座標補正情報を作成することができる。
【０００９】
なお、上記第１の方法において、前記工程（ｂ）は、前記対象点に関して、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値を、前記位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値に補正する工程を含むようにしてもよい。
【００１０】
こうすれば、理想ステージ座標値から、ステージの歪みに起因する位置ずれ成分を含む実測ステージ座標値を求めることができる。
【００１１】
あるいは、前記工程（ｂ）は、前記対象点に関して、前記位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値を、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値に補正する工程を含むようにしてもよい。
【００１２】
こうすれば、ステージの歪みに起因する位置ずれ成分を含む実測ステージ座標値から、理想ステージ座標値を求めることができる。
【００１３】
本発明の第２の方法は、ステージに載置された対象ウェハ上における対象点の座標を決定する方法であって、
（ａ）前記ステージに載置された所定のウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める工程と、
（ｂ）所定の対象点設定用基準ウェハを前記ステージ上に載置する工程と、
（ｃ）前記対象点設定用基準ウェハ上において前記対象点を設定するとともに、前記対象点に関するステージ座標系の座標である実測ステージ座標値を測定する工程と、
（ｄ）前記実測ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって前記位置ズレ成分を含まない第１の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第１の理想ステージ座標値を座標変換することによってウェハ座標系の座標であるウェハ座標値を求める工程と、
（ｅ）前記ステージ上に前記対象ウェハを載置する工程と、
（ｆ）前記対象ウェハ上における前記対象点に関する前記ウェハ座標値を座標変換することによって前記対象点に関する第２の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第２の理想ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む補正ステージ座標値を前記対象点に関して求める工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
こうすれば、対象点設定用ウェハ上で設定された対象点に関しては、ステージの歪みに起因する位置ズレ成分を含まないウェハ座標値を得ることができる。また、対象ウェハ上に対象点のウェハ座標値から、ステージの歪みに起因する位置ズレ成分を含む補正ステージ座標値を得ることができる。すなわち、ステージの歪みによる位置ズレを考慮して、ウエハ上の対象点のステージ座標値を決定することができる。
【００１５】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。第１の態様は、ステージに載置されたウェハ上における対象点の座標を補正する装置であって、
前記ステージに載置されたウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める座標補正情報作成手段と、
前記ステージ上に載置された任意のウェハ上の対象点の座標値を前記座標補正情報に従って補正する座標補正手段と、
を備えることを特徴とする対象点座標の補正装置である。
【００１６】
第２の態様は、ステージに載置された対象ウェハ上における対象点の座標を決定する装置であって、
前記ステージに載置された所定のウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める座標補正情報作成手段と、
前記ステージ上に載置された所定の対象点設定用基準ウェハ上において設定された前記対象点に関して、ステージ座標系の座標である実測ステージ座標値を測定する座標測定手段と、
前記実測ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって前記位置ズレ成分を含まない第１の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第１の理想ステージ座標値を座標変換することによってウェハ座標系の座標であるウェハ座標値を求める第１の座標補正・変換手段と、
前記ステージ上に載置された前記対象ウェハ上における前記対象点に関する前記ウェハ座標値を座標変換することによって前記対象点に関する第２の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第２の理想ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む補正ステージ座標値を前記対象点に関して求める第２の座標補正・変換手段と、
を備えることを特徴とする対象点座標の決定装置である。
【００１７】
第３の態様は、ステージに載置されたウェハ上における対象点の座標を補正するためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記ステージに載置されたウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める機能と、前記ステージ上に載置された任意のウェハ上の対象点の座標値を前記座標補正情報に従って補正する機能と、
をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１８】
第４の態様は、ステージに載置された対象ウェハ上における対象点の座標を決定するためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記ステージに載置された所定のウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める機能と、
前記ステージ上に載置された所定の対象点設定用基準ウェハ上において設定された前記対象点に関して、ステージ座標系の座標である実測ステージ座標値を測定する機能と、
前記実測ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって前記位置ズレ成分を含まない第１の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第１の理想ステージ座標値を座標変換することによってウェハ座標系の座標であるウェハ座標値を求める機能と、
前記ステージ上に載置された前記対象ウェハ上における前記対象点に関する前記ウェハ座標値を座標変換することによって前記対象点に関する第２の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第２の理想ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む補正ステージ座標値を前記対象点に関して求める機能と、
をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１９】
第５の態様は、コンピュータに上記の発明の各工程または各手段の機能を実現させるコンピュータプログラムを通信経路を介して供給するプログラム供給装置としての態様である。こうした態様では、プログラムをネットワーク上のサーバなどに置き、通信経路を介して、必要なプログラムをコンピュータにダウンロードし、これを実行することで、上記の処理方法や処理装置を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
Ａ．装置の構成：
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、この発明の実施例を適用して半導体ウェハの位置合わせ処理（アラインメント処理）を行なう機能を有する測定装置の構成を示すブロック図である。この測定装置は、制御操作ユニット３０と、光学ユニット４０と、画像処理ユニット５０とを備えている。
【００２１】
制御操作ユニット３０は、表示部３１と、操作部３２と、制御部３３と、ステージ駆動部３４と、ステージ座標読み込み部３５と、ＸＹステージ３６とを備えている。表示部３１としては、例えばモニタや液晶ディスプレイ等が使用される。また、操作部３２としては、例えばキーボードやマウス等が用いられる。ＸＹステージ３６の上には、半導体ウェハＷＦが載置される。半導体ウェハＷＦの表面には、タイル状に配列された矩形の複数の半導体チップが形成されている。なお、この装置は、ＸＹステージ３６を回転させる機構は有していない。
【００２２】
光学ユニット４０は、カメラ４１と、光源４２と、ハーフミラー４３と、対物レンズ４４とを備えている。ハーフミラー４３は、光源４２から出射された光を対物レンズ４４に向けて反射し、ＸＹステージ３６上の半導体ウェハＷＦに光を照射する。半導体ウェハＷＦの表面で反射されたは光は、対物レンズ４４とハーフミラー４３とを通過して、カメラ４１に入射する。すなわち、カメラ４１は、半導体ウェハＷＦの表面の画像を撮像する。画像としては、多階調画像（グレー画像）を読取ることが好ましい。なお、この実施例では、カメラ４１の視野サイズは、半導体ウェハの表面に形成された半導体チップの１個分のサイズよりも小さい。後で詳述するように、半導体ウェハＷＦの多階調画像は、画像処理ユニット５０によって処理され、これによって半導体ウェハＷＦの回転方向が検出される。画像処理ユニット５０のモニタ１３６には、半導体ウェハＷＦの一部の撮像領域の多階調画像が表示される。
【００２３】
ユーザが操作部３２を操作してＸＹステージ３６に対する移動指令を入力すると、その指令に応じて、制御部３３がステージ駆動部３４を制御してＸＹステージ３６をＸ方向とＹ方向に移動させる。また、操作部３２からステージの座標読み込み指令が入力されると、その時点のステージ座標情報がステージ座標読み込み部３５によって読込まれて制御部３３に供給される。ステージ座標情報は、必要に応じて表示部３１に表示される。ステージ座標情報は、さらに、双方向の通信経路３８を介して制御部３３から画像処理ユニット５０にも供給される。後述するように、画像処理ユニット５０は、画像処理によって認識されたウェハの回転方向と、このステージ座標情報とを利用することによって、ウェハの正確な回転方向や測定位置を決定する。
【００２４】
図２は、画像処理ユニット５０の内部構成を示すブロック図である。この画像処理ユニット５０は、ＣＰＵ１１０と、ＲＯＭ１１４と、ＲＡＭ１１６と、入出力インタフェイス１４０とが、バスライン１１２に接続されたコンピュータシステムとして構成されている。入出力インタフェイス１４０には、モニタ１３６と、磁気ディスク１３８と、通信経路３８とが接続されている。
【００２５】
ＲＡＭ１１６には、等価回転方向決定手段１５０と、撮像位置決定手段１５２と、パターンマッチング手段１５４と、角度選択手段１５６と、回転方向決定手段１５８と、基準位置決定手段１６０と、測定位置決定手段１６２と、座標補正テーブル作成手段１６４と、座標補正手段１６８と、座標変換手段１７０との機能を実現するアプリケーションプログラムが格納されており、また、座標補正テーブル作成手段１６４で作成された座標補正テーブル１６６が格納されている。なお、パターンマッチング手段１５４は、パターンマッチングによって決定されたマッチング画像内の特定位置の座標を測定する座標測定手段としての機能も有している。これらの各手段の機能については後述する。
【００２６】
これらの各手段の機能を実現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み取って直接実行するようにしてもよい。
【００２７】
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。また、オペレーションシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェア装置を動作させるような場合には、そのハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハードウェア装置は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。
【００２８】
なお、この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
【００２９】
Ｂ．位置合わせ処理の概要：
図３は、実施例における位置合わせ処理の概要を示す説明図である。この実施例では、座標補正用ウェハＷＦ０（図３（Ａ））と、測定点設定用基準ウェハＷＦ１（図３（Ｂ））と、被測定ウェハＷＦ２（図３（Ｃ））と、の３種類のウェハが用いられる。座標補正用ウェハＷＦ０は、ｎ＋１個の座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの位置が予め正確に設定されているウェハである。測定点設定用基準ウェハＷＦ１と被測定ウェハＷＦ２は同じ表面パターンを有しており、複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５がそれぞれ設定される。一般的には、同一のロットで処理された複数のウェハの１枚が測定点設定用基準ウェハＷＦ１として使用され、他の複数枚のウェハが被測定ウェハＷＦ２として使用される。以下では、測定点設定用基準ウェハＷＦ１を、単に「基準ウェハＷＦ１」とも呼ぶ。
【００３０】
なお、基準ウェハＷＦ１は、本発明における対象点設定用ウェハに相当し、被測定ウェハＷＦ２は、本発明における対象ウェハに相当する。
【００３１】
図４は、実施例における位置合わせ処理の全体手順を示すフローチャートである。ステップＴ１では、座標補正用ウェハＷＦ０を用いて、ＸＹステージ３６の歪みによるステージ座標値の位置ズレを補正するための座標補正テーブル１６６（図２）が作成される。このステップＴ１では、まず、座標補正用ウェハＷＦ０をＸＹステージ３６（図１）上に載置し、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎのステージ座標系の座標値（「実測ステージ座標値」と呼ぶ）を測定する。各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎは、座標補正用ウェハＷＦ０上において正確なピッチで配列されているので、各点Ｐ０〜Ｐｎの位置の設定値から、ＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含まない理想的なステージ座標値（「理想ステージ座標値」と呼ぶ）を決定することができる。こうして得られた各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの実測ステージ座標値と理想ステージ座標値との差分を取ることによって、座標補正値（ΔＸ，ΔＹ）が得られる。この座標補正値（ΔＸ，ΔＹ）は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレを表している。各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎにおける座標補正値（ΔＸ，ΔＹ）は、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの実測ステージ座標値と共に、座標補正テーブル１６６に登録される。この座標補正テーブル１６６は、ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報に相当する。
【００３２】
なお、この明細書において、ステージ座標系とはＸＹステージ３６に対して固定された座標系を意味し、ウェハ座標系とは各ウェハに対して固定された座標系を意味する。また、ステージ座標系の座標値を単に「ステージ座標値」と呼び、また、ウェハ座標系の座標値を単に「ウェハ座標値」と呼んでいる。
【００３３】
ステップＴ２におけるプリアライメント前処理では、基準ウェハＷＦ１のウェハ座標系とステージ座標系との間の座標変換に用いられる座標変換係数が決定される。この座標変換係数は、基準ウェハＷＦ１の回転角度θ１と、位置決め基準点ＲＰの実測ステージ座標値とに基づいて決定される。ところで、図１に示す測定装置はＸＹステージ３６上に載置されたウェハを回転するための回転機構を備えていないので、ＸＹステージ３６上に載置された基準ウェハＷＦ１は任意の方向を取り得る。基準ウェハＷＦ１の回転角度θ１は、パターンマッチングを含む画像処理によって決定される。なお、回転角度θ１は、ＸＹステージ３６の基準方向Ｄs とウェハの基準方向ＤL1との間の角度として定義されている。
【００３４】
ステップＴ３では、基準ウェハＷＦ１上において複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の位置が設定される。各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の実測ステージ座標値は、座標補正テーブル１６６を用いて補正され、さらに、ウェハ座標系の座標値に変換されて登録される。この結果、複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５に関して、ＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含まないウェハ座標系の座標値がそれぞれ登録される。
【００３５】
ステップＴ４におけるプリアライメント前処理では、被測定ウェハＷＦ２のウェハ座標系とステージ座標系との間の座標変換に用いられる座標変換係数が決定される。この座標変換係数は、ステップＴ２と同様に、被測定ウェハＷＦ２の回転角度θ２と、位置決め基準点ＲＰの実測ステージ座標値とに基づいて決定される。
【００３６】
ステップＴ５では、被測定ウェハＷＦ２上において、各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５のそれぞれに関する位置決め処理が実行される。ここでは、まず、基準ウェハＷＦ１を用いて設定された各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５のウェハ座標値が理想ステージ座標値に変換され、さらに、この理想ステージ座標値が座標補正テーブル１６６を用いて補正されてＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含むステージ座標値（「補正ステージ座標値」と呼ぶ）が求められる。この補正ステージ座標値は、ＸＹステージ３６上における各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の実際の位置を示している。この補正ステージ座標値を用いることによって、所定の測定プローブ（図示せず）を各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５に正確に位置決めすることができる。
【００３７】
なお、ステップＴ１における座標補正テーブル作成処理は、図２に示す座標補正テーブル作成手段１６４と、パターンマッチング手段１５４とによって実行される。ステップＴ２，Ｔ４における処理は、基準位置決定手段１６０と、他のいくつかの手段１５０，１５２，１５４，１５６，１５８とが協力して実行する。ステップＴ３，Ｔ５における処理は、測定位置決定手段１６２と、撮像位置決定手段１５２と、パターンマッチング手段１５４と、座標補正手段１６８と、座標変換手段１７０とが協力して実行する。
【００３８】
なお、ステップＴ２，Ｔ４は座標変換係数を求めるための処理なので、以下に説明する実施例以外の種々の処理を利用することができる。そこで、以下ではまず、ステップＴ１，Ｔ３，Ｔ５の処理内容を詳細に説明し、その後にステップＴ２，Ｔ４の処理内容の一例を説明する。
【００３９】
Ｃ．座標補正テーブル作成処理（ステップＴ１）の詳細：
図５は、ステップＴ１の詳細手順を示すフローチャートである。ステップＴ１１では、座標補正用ウェハＷＦ０をＸＹステージ３６の上に載置する。図６（Ａ），（Ｂ）は、ＸＹステージ３６上に載置された座標補正用ウェハＷＦ０を示している。Ｘ軸とＹ軸は、ステージ座標系の座標軸である。このウェハＷＦ０の上には、ｎ＋１個の座標基準点Ｐ０〜Ｐｎが所定のピッチで正方格子状に正確に配列されている。なお、座標基準点Ｐ０〜Ｐｎは正方格子状に配列されている必要は無く、所定の配列で配置されていればよい。
【００４０】
座標補正用ウェハＷＦ０は、図６（Ａ）のようにステージ座標系の座標軸とは多少回転した状態でＸＹステージ３６上に載置されてもよい。但し、ノッチＮＴを所定の方向（図の例では−Ｙ方向）にほぼ向けるようにして、ステージ座標系の座標軸からあまり大きく回転しないようにすることが好ましい。あるいは、図６（Ｂ）のように、ウェハＷＦ０の上にＸ軸およびＹ軸と平行になる直線（図示せず）を描いておき、これらの直線がステージ座標系の座標軸と一致する状態になるようにＸＹステージ３６上に載置してもよい。以下では、主として図６（Ａ）のようにウェハＷＦ０が角度βだけ傾いた状態で載置された場合について説明する。
【００４１】
図５のステップＴ１２では、座標補正用ウェハＷＦ０の中央付近のパターンをカメラ４１によって撮像し、その画像の中から座標補正基準点の位置を検出するためのテンプレート画像を抽出する。図７は、座標補正用ウェハＷＦ０の中央付近のパターンを示す説明図である。ウェハＷＦ０には、同一のパターンＰＴＮ０〜ＰＴＮ５（図７の例では家の形のパターン）が、横方向と縦方向にそれぞれ所定のピッチΔｄ１，Δｄ２で規則正しく配列されている。これらのピッチΔｄ１，Δｄ２は、パターンＰＴＮ０〜ＰＴＮ５を形成するときに予め設定された値である。なお、これらのパターンＰＴＮ０〜ＰＴＮ５は回転対称性が無いので、以下に説明するように、これらのパターンＰＴＮ０〜ＰＴＮ５を用いて座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの方向や位置を正しく決定することができる。
【００４２】
ステップＴ１２においては、まず、カメラ４１の視野Ｗが図７の左下のパターンＰＴＮ０を含むようにＸＹステージ３６を移動させて、その視野Ｗの画像を撮像する。そして、この画像の中において、ユーザがパターンＰＴＮ０を含む領域を指定し、その領域の画像をパターンマッチング用のテンプレート画像ＴＭ０として抽出する。そして、抽出されたテンプレート画像ＴＭ０の所定の基準位置（図７の例では左上点Ｐ０）の実測ステージ座標値（Ｘ０re，Ｙ０re）を取得する。この基準位置Ｐ０（Ｘ０re，Ｙ０re）は、１番目の座標補正基準点として使用される。なお、実測ステージ座標値（Ｘ０re，Ｙ０re）は、ステージ座標読み込み部３５で読取られたステージ座標値（これは例えば視野Ｗの中心位置を示す）と、視野Ｗ内における基準点Ｐ０の位置とから決定される。
【００４３】
ステップＴ１３では、ＸＹステージ３６を移動させることによって、２番目のパターンＰＴＮ１（図７）の位置にカメラ４１の視野Ｗを移動させる。そして、パターンＰＴＮ１を含む画像を撮像し、テンプレート画像ＴＭ０を用いたテンプレートマッチング処理を行う。テンプレート画像ＴＭ０にマッチングする画像ＴＭ１を検出した後に、そのマッチング画像ＴＭ１の左上点（座標補正基準点）Ｐ１の実測ステージ座標値（Ｘ１re，Ｙ１re）も取得する。
【００４４】
２つの座標補正基準点Ｐ０，Ｐ１の実測ステージ座標値から、座標補正用ウェハＷＦ０の回転角度が得られる。この回転角度β（図６（Ａ））と、パターンＰＴＮ０〜ＰＴＮの既知の配列ピッチΔｄ１，Δｄ２とに基づいて、３番目以降の他のパターンの位置を予測することができる。そこで、ステップＴ１３においては、３番目以降のパターンの位置の予測に従ってＸＹステージ３６を移動させ、各位置で画像を撮像し、テンプレート画像ＴＭ０を用いたパターンマッチング処理を行うことによって、３番目以降の座標補正基準点Ｐ２〜Ｐｎの実測ステージ座標値をそれぞれ求める。
【００４５】
なお、上記のステップＴ１２，Ｔ１３の処理から解るように、座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの位置は、座標補正用ウェハＷＦ０上に予め設定されている必要は無く、所定の配列で形成された複数の同一パターンと所定の位置関係にある複数の点を座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎとして設定することができる。このようにして設定された座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎも、横方向と縦方向にそれぞれ所定のピッチΔｄ１，Δｄ２で規則正しく配列されている。
【００４６】
ステップＴ１４では、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの理想ステージ座標値を求める。ここで、「理想ステージ座標値」とは、ＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含まないステージ座標値を言う。一方、上記ステップＴ１２，Ｔ１３で得られた各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの実測ステージ座標値は、ＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含むステージ座標値である。
【００４７】
図８（Ａ），（Ｂ）は、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの理想ステージ座標値と実測ステージ座標値との関係を示す説明図である。Ｕ軸とＶ軸は、座標補正用ウェハＷＦ０のウェハ座標系の座標軸であり、Ｘ軸とＹ軸はステージ座標系の座標軸である。図８（Ａ）は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレが無いような理想状態を示している。また、図８（Ａ）では、１番目の座標基準点Ｐ０はウェハ座標系の原点に位置しており、ウェハＷＦ０の回転角度が０°であるような、特別な状態を示している。この状態においては、白丸で示す各座標補正基準点Ｐ０id〜Ｐｎidは、Ｕ軸方向とＶ軸方向にそれぞれ所定のピッチΔｄ１，Δｄ２で規則正しく配列されている。図８（Ａ）において各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの後に符号「id」が追加されているのは、理想状態であることを意味している。なお、「理想状態」とは、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレが無いよう状態を意味しており、ウェハＷＦ０が傾いていたり、ＸＹステージ３６の中心から多少ずれている場合も理想状態と言える。
【００４８】
図８（Ｂ）は、現実の各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの位置を示している。この状態では、ウェハ座標系はステージ座標系から反時計方向に角度βだけ回転しており、また、１番目の座標補正基準点Ｐ０の位置が、ステージ座標系の原点Ｏから平行移動している。図８（Ｂ）に白丸で示す座標補正基準点Ｐ０id〜Ｐｎidは、図８（Ａ）のＵ−Ｖ座標系に回転と平行移動とを施して得られる位置を示しており、ステージ歪みによる位置ズレを含まない座標位置を示している。一方、図８（Ｂ）に黒丸で示す各座標補正基準点Ｐ０re〜Ｐｎreは、上述したステップＴ１２，Ｔ１３で実測された位置を示しており、ステージ歪みによる位置ズレを含む実際の座標位置を示している。白丸で示す理想状態の座標補正基準点Ｐ０id〜Ｐｎidと、黒丸で示す現実の座標補正基準点Ｐ０re〜Ｐｎreとの間には、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレ（ΔＸ，ΔＹ）が生じている。
【００４９】
図８（Ｂ）にも示されているように、座標補正用ウェハＷＦ０の中央付近に存在する１番目の座標補正基準点Ｐ０については、理想状態の位置ＰＯidと、現実の位置ＰＯreとが一致しているものと仮定している。ＸＹステージ３６の中央付近では、位置ズレ（ΔＸ，ΔＹ）は無視できる程度なので、このように仮定しても実際上の問題はほとんど無い。このような仮定を用いると、２番目以降の各座標補正基準点の理想ステージ座標値Ｐ１id〜Ｐｎidを、１番目の座標補正基準点Ｐ０のステージ座標値（Ｘ０，Ｙ０）と、座標補正用ウェハＷＦ０の回転角度βと、座標補正基準点同士の既知のピッチΔｄ１，Δｄ２とに基づいて計算できる。すなわち、図８（Ａ）の状態における各点のウェハ座標値を（Ｕ，Ｖ）とすると、図８（Ｂ）の状態における各点の理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）は、次の数式１に示すアフィン変換で与えられる。
【００５０】
【数１】
【００５１】
上記数式１の右辺に、図８（Ａ）のような理想状態における各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの座標値（Ｕ，Ｖ）を代入することによって、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）を求めることができる。
【００５２】
図５のステップＴ１５では、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎにおける理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）と実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）とが座標補正テーブル１６６に登録される。図９は、座標補正テーブル１６６の内容を示す説明図である。座標補正テーブル１６６には、各座標補正基準点に関して、実測Ｘ座標値Ｘreと、理想Ｘ座標値Ｘidと、Ｘ座標値のズレΔＸ（＝Ｘre−Ｘid）と、実測Ｙ座標値Ｙreと、理想Ｙ座標値Ｙidと、Ｙ座標値のズレΔＹ（＝Ｙre−Ｙid）とが登録されている。なお、座標補正テーブル１６６には、実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）と、理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）と、ズレ（ΔＸ，ΔＹ）と、の３つのデータのうちの２つが少なくとも登録されていればよい。
【００５３】
このような座標補正テーブル１６６は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレを補正するために使用できる。すなわち、或る対象点の実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）が得られたときに、この実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）からズレ（ΔＸ，ΔＹ）を減算すれば、対応する理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙre）を求めることができる。逆に、或る対象点の理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）が得られたときに、この理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）にズレ（ΔＸ，ΔＹ）を加算すれば、対応する実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を求めることができる。
【００５４】
Ｄ．測定点位置の登録処理（ステップＴ３）の詳細：
図１０は、図４のステップＴ３の詳細手順を示すフローチャートである。このステップＴ３では、基準ウェハＷＦ１（図３（Ｂ））を用いて複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の位置が設定される。なお、ステップＴ３に先だち、ステップＴ２（図４）において基準ウェハＷＦ１に関するプリアライメント前処理が行われており、この結果、ウェハ座標系とステージ座標系の座標変換に用いられる座標変換係数が得られている。このプリアライメント前処理の詳細については後述する。
【００５５】
図１０のステップＴ２１では、最初の測定点ＰＭ１をカメラ４１の視野内に含む位置にＸＹステージ３６を移動させる。そして、測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を取得する。この動作は、ユーザが操作部３２（図１）を操作することによって実行される。
【００５６】
ステップＴ２２では、この測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を座標補正テーブル１６６で補正することによって、その理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）を求める。図１１（Ａ），（Ｂ）は、ステップＴ２２における座標補正処理の内容を示す説明図である。図１１（Ａ）は、測定点ＰＭ１の実測位置ＰＭ１reと、その近傍の４つの座標補正基準点Ｑ１re〜Ｑ４reとを示している。ここで、座標補正基準点Ｑ１re〜Ｑ４reは、図３（Ａ）に示すｎ＋１個の座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの中の４つであるが、図１１では図示の便宜上、図３（Ａ）とは異なる符号を使用している。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す点に加えて、測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値で示される位置の点ＰＭidと、その周辺の４つの座標補正基準点の理想ステージ座標値で示される位置の点Ｑ１id〜Ｑ４idを描いた図である。測定点ＰＭ１reの実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）は、測定点ＰＭ１reに最も近い３つの座標補正基準点Ｑ１re，Ｑ２re，Ｑ３reに関する座標補正テーブル１６６の登録内容に基づいて補正される。
【００５７】
図１２は、座標補正テーブル１６６における４つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ４の登録内容を示している。この実施例では、実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）が解っている任意の対象点における位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）は、次の数式２で与えられるものと仮定する。
【００５８】
【数２】
【００５９】
数式２の係数ａ〜ｆは、上記数式２に、３つの座標補正基準点Ｑ１re〜Ｑ３reの実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）と、それぞれの位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）とを代入して得られる６元連立方程式を解くことによって決定することができる。こうして決定された係数ａ〜ｆを用いて、数式２に測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値を代入すれば、測定点ＰＭ１の位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）が得られる。そして、この位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）を測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）から減算すれば、測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）を求めることができる。
【００６０】
なお、上記数式２では、測定点ＰＭ１reに最も近い３つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ３における座標補正情報に基づいて、測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値を補正したが、測定点ＰＭ１に最も近い４つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ４における座標補正情報に基づいて測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値を補正することも可能である。一般には、測定点の近傍に存在する３つ以上の座標補正基準点における座標補正情報に基づいて、測定点のステージ座標値を補正することが可能である。
【００６１】
図１０のステップＴ２３では、測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値を座標変換することによって、ウェハ座標系の座標値を求める。この座標変換は、前述した数式１と同様のアフィン変換を用いて実行される。なお、このアフィン変換の変換係数は、ステップＴ２（図４）におけるプリアライメント前処理において予め決定されている。
【００６２】
図１０のステップＴ２４では、他の測定点を設定するか否かをユーザが判断し、他の測定点を設定する場合には、ステップＴ２１に戻って上述したステップＴ２１〜Ｔ２３の処理を繰り返す。こうして、基準ウェハＷＦ１の上にすべての測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の位置が設定され、それらのウェハ座標値がアライメント情報１３９（図１）として登録される。こうして登録された各測定点のウェハ座標値は、ステージ歪みに起因する位置ズレを含まない理想状態におけるウェハ上の測定点の位置を示している。
【００６３】
Ｅ．測定点位置の決定処理（ステップＴ５）の詳細：
図１３は、図４のステップＴ５の詳細手順を示すフローチャートである。このステップＴ５では、被測定ウェハＷＦ２（図３（Ｃ））を用いて複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の位置に測定プローブを位置決めする処理が実行される。なお、ステップＴ５に先だち、ステップＴ４（図４）において被測定ウェハＷＦ２に関するプリアライメント処理が行われており、この結果、ウェハ座標系とステージ座標系の座標変換に用いられる座標変換係数が得られている。このプリアライメント処理の詳細については後述する。
【００６４】
図１３のステップＴ３１においては、最初の測定点ＰＭ１のウェハ座標値を座標変換することによって、その理想ステージ座標値を求める。ステップＴ３２では、この測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値を、座標補正テーブル１６６で補正することによって、補正ステージ座標値を求める。この補正ステージ座標値は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレ成分を含む座標値であり、上述したステップＴ１，Ｔ３における実測ステージ座標値と同じ意味を有している。
【００６５】
図１４は、ステップＴ３２で使用される座標補正テーブル１６６の内容を示している。この座標補正テーブル１６６の内容は、前述した図９および図１２と同じものであり、図９とは符号の使用の仕方が異なっているだけである。この実施例では、理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）が解っている任意の対象点における位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）は、次の数式３で与えられると仮定する。
【００６６】
【数３】
【００６７】
数式３の係数ｇ〜ｌは、上記数式３に、３つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ３に関する理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）と、それぞれの位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）とを代入して得られる６元連立方程式を解くことによって決定することができる。こうして決定された係数ｇ〜ｌを用いて、数式３に測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値を代入すれば、測定点ＰＭ１の位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）が得られる。そして、この位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）を測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）に加算すれば、測定点ＰＭ１の補正ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を求めることができる。
【００６８】
図１３のステップＴ３３では、こうして得られた測定点ＰＭ１の補正ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を用いて測定プローブの位置決めを行い、所定の測定（例えば膜厚測定）を実行する。補正ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレ成分を含んでいるので、測定プローブを正確に位置決めすることが可能である。
【００６９】
このように、上述の実施例では、座標補正用ウェハＷＦ０を用いて、ＸＹステージ３６上の複数の座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎにおける座標値と位置ズレとの関係を示す座標補正テーブル１６６を作成したので、この座標補正テーブル１６６を用いることによって、実測ステージ座標値を理想ステージ座標値に補正したり（ステップＴ３）、逆に、理想ステージ座標値を実測ステージ座標値に補正したり（ステップＴ５）することができる。このような補正処理を利用して、測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の設定時（ステップＴ３）においては、各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の実測ステージ座標値を理想ステージ座標値に補正し、これをウェハ座標値に変換して登録することができる。そして、測定点の位置決め時（ステップＴ５）においては、各測定点のウェハ座標値を理想ステージ座標値に逆変換し、これを座標補正テーブル１６６で補正して実測ステージ座標値（補正ステージ座標値）を得ることができる。この結果、ＸＹステージ３６上における基準ウェハＷＦ１と被測定ウェハＷＦ２との載置状態（位置や方位）が異なっていても、被測定ウェハＷＦ２上の各測定点の実際の位置に測定プローブを正しく位置決めすることが可能である。
【００７０】
Ｅ．基準ウェハを用いたプリアライメント前処理：
図１５および図１６は、基準ウェハＷＦ１を用いたプリアライメント前処理の手順を示すフローチャートである。図１５のステップＳ１では、ウェハのチップ寸法と、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のチップ個数とをユーザが入力する。
【００７１】
図１７は、半導体ウェハの表面に形成されたチップの配列を示す概念図である。半導体ウェハＷＦの表面上には、同一サイズの矩形の複数のチップＣＰがタイル状に配置される。Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ったチップ個数の偶数と奇数の組合わせは、偶数−偶数、奇数−偶数、偶数−奇数、奇数−奇数の４通りある。図１７（Ａ）は偶数−偶数の例であり、図１７（Ｂ）は、偶数−奇数の例である。このような４通りの組み合わせのいずれであるかの情報と、チップの縦横のピッチＬＸ，ＬＹから、ウェハの中心Ｏを基準にして、中心付近のチップの位置を算出することができる。従って、ステップＳ１では、少なくともチップ個数の４通りの組合わせのいずれであるかを示す情報と、チップのピッチＬＸ，ＬＹを示す情報とが入力される。
【００７２】
図１５のステップＳ２では、基準ウェハＷＦ１の中心位置において多階調画像（グレー画像）がカメラ４１によって取り込まれる。ウェハが最初にＸＹステージ３６上に載置される時には、図１７に示すように、ウェハの外周が、ＸＹステージ３６のウェハ保持アーム３６ａ，３６ｂで保持されて、ＸＹステージ３６のほぼ中央に位置決めされる。この状態において、カメラ４１によって撮像すると、ウェハの中心付近の画像を得ることができる。
【００７３】
図１８は、ウェハの中心付近を拡大して示す概念図である。この実施例では、各チップＣＰの右上の角に、他の３つの角にはない特徴的なパターンＰＴが形成されているものとする。このパターンＰＴを含む画像部分は、後述するパターンマッチングにおいて、第１のテンプレート画像として利用される。チップＣＰは、直交するスクライブラインＳＬによって区分されている。ウェハ表面を撮像して得られた多階調画像では、スクライブラインＳＬは暗領域として識別されることもあり、あるいは、明領域として識別されることもある。いずれの場合においても、スクライブラインＳＬは、チップＣＰとは明度が異なる領域として識別可能である。
【００７４】
図１８には、チップ個数の４種類の組み合わせに応じたカメラ４１の視野Ｗ１〜Ｗ４の位置が例示されている。前述したように、カメラ４１の視野サイズは、チップ１個分のサイズよりも小さいので、視野内に１個のチップがすべて含まれることはない。第１の視野Ｗ１は、チップ個数が偶数−偶数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ１は、スクライブラインＳＬの交点のほぼ中心に位置している。第２の視野Ｗ２は、チップ個数が偶数−奇数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ２は、２つのチップに挟まれた位置にある。第３の視野Ｗ３は、チップ個数が奇数−偶数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ３も、チップに挟まれた位置にある。第４の視野Ｗ４は、チップ個数が奇数−奇数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ４も、２つのチップのほぼ中央に挟まれた位置にある。なお、実際には、基準ウェハは図１８の位置から回転しているので、視野Ｗ１〜Ｗ４は、スクライブラインＳＬで示される正規の方位から傾いた状態となる。
【００７５】
図１５のステップＳ２では、ウェハの中心位置において画像を取り込むので、図１８の視野Ｗ１〜Ｗ４のいずれかの位置における画像が得られる。この画像は、次のステップＳ３において、画像内に含まれる直線部分（スクライブラインＳＬ等）を認識するために使用される。チップの個数が奇数−奇数の場合には、図１８の第４の視野Ｗ４のように直線部分が含まれない可能性が高い。そこで、この場合には、チップのピッチＬＸまたはＬＹの１／２だけウェハの中心からずらした位置において撮像するようにしてもよい。
【００７６】
図１５のステップＳ３では、等価回転方向決定手段１５０（図２）が、画像に含まれる直線エッジ情報を検出するとともに、その直線エッジ情報から、基準ウェハの粗回転角度を決定する。「粗回転角度」とは、直線エッジ情報から得られる比較的低精度の回転角度を意味する。直線エッジ情報の抽出方法としては、以下に説明する１次元投影法やソベルオペレータ法等を利用することができる。
【００７７】
図１９は、１次元投影法による直線エッジ情報の検出処理を示す説明図である。図１９には、水平方向にのみ直線部分が存在する２次元多階調画像が示されている。１次元投影法では、この２次元多階調画像を種々の方向に１次元投影して、画素値を加算する。直線部分に平行な方向に投影した場合には、直線部分が存在する座標における画素値が大きなピーク値を持つ。一方、直線部分と平行でない方向に投影した場合には、加算された画素値のピーク値はこれよりも小さくなる。このように、２次元画像をさまざまな方向に１次元投影して、画素値の累算値のピーク値が最大となる投影方向を、直線部分の方向として決定することができる。投影方向は、１８０°の範囲にわたる複数の投影方向を選択するようにすればよい。この直線部分の方向から、粗回転角度が決定される。例えば、ステージ座標系（ＸＹステージ３６に固定された座標系）の所定の方向（例えば時計の３時方向）を基準方向として、この基準方向から反時計回りに直線部分の方向まで測った角度を粗回転角度とすることができる。
【００７８】
図２０ないし図２２は、ソベルオペレータ法による直線エッジ情報の検出処理を示す説明図である。図２０は、ソベルオペレータによる画像処理の方法を示している。ソベルオペレータ法では、まず、図２０（Ａ−１）または（Ａ−２）に示すような、エッジ画素を含む所定サイズの画素ブロック（図２０の例では、３×３ブロック）を多階調画像の中から選択する。ここで、「エッジ画素」は、「８近傍の画素のうちで、少なくとも１つの画素の画素値が、自分自身（図２０（Ａ−１），（Ａ−２）の中心画素）の画素値と異なっており、かつ、画像の境界上にない画素」と定義される。図２０（Ａ−１）では、画像の角部分の画素がエッジ画素として認識される状態を示しており、図２０（Ａ−２）では、直線部分の画素がエッジ画素として認識される状態を示している。エッジ画素の識別は、３×３ブロックを多階調画像内で走査し、ブロックの中央画素が上記の定義に合致するか否かを判断することによって行なわれる。
【００７９】
図２０（Ｂ−１），（Ｂ−２）は、水平方向と垂直方向のソベルオペレータをそれぞれ示している。エッジ画素を含む３×３ブロックに対して、これらの水平方向オペレータと垂直方向オペレータとをそれぞれ作用させることによって、水平エッジ値と垂直エッジ値とがそれぞれ求められる。図２０（Ｃ）は、水平方向オペレータを作用させた場合の演算の例を示している。水平方向オペレータを３×３ブロックの画素値に作用させると水平エッジ値が得られ、同様にして、垂直方向オペレータを３×３ブロックの画素値に作用させると垂直エッジ値が得られる。
【００８０】
図２１は、ソベルオペレータを用いて得られた水平エッジ値ｘと垂直エッジ値ｙとから、画像の直線部分の角度を算出する方法を示す説明図である。図２１（Ａ）に示すように、画像の直線部分の角度αは、ｔａｎ−１（ｙ／ｘ）で与えられる。ここで、角度αは、水平右向き方向（時計の３時方向）から反時計回りに測った角度である。例えば、図２１（Ｂ）の例では、垂直エッジ値が０であり水平エッジ値が４なので、角度αは０°であると判定できる。また、図２１（Ｃ）の例では、垂直エッジ値と水平エッジ値がいずれも１なので、角度αは４５°であると判定できる。なお、角度αは０°〜１８０°の範囲の値を取るものとする。１８０°〜３６０°の範囲は、０°〜１８０°の範囲と等価である。
【００８１】
図２２は、処理対象となる多階調画像の一例と、この多階調画像からソベルオペレータ法によって検出された角度αのヒストグラムを示す説明図である。図２２（Ａ）に示す多階調画像内において、図２０（Ａ−１）または図２０（Ａ−２）のようなエッジ画素を中心画素とする３×３ブロックを検出し、エッジ画素を含む各３×３ブロックについて図２１に示す方法で角度αを決定する。図２２（Ｂ）は、このようして多数の３×３ブロックについて得られた角度αの頻度を示すヒストグラムである。この例では、４０°と１３０°の位置にピークが存在し、４０°の位置のピークが最大である。この時、最大ピーク位置の角度α１を、多階調画像内の直線部分の回転方向を示す粗回転角度であるとして採用する。
【００８２】
なお、上述した１次元投影法やソベルオペレータ法を用いて検出された粗回転角度α１には、９０°の整数倍異なる４つの等価な角度が存在する。換言すれば、粗回転角度α１は、１／４の不確定さを有している。図２３は、４つの等価回転角度を示す説明図である。図２３（Ａ）に示すように、カメラ４１の視野Ｗ内にスクライブラインＳＬの交点付近の画像が見えている場合を考える。この実施例ではカメラ４１の視野サイズがチップサイズに比べて小さいので、チップの回転方向が図２３（Ｂ）〜（Ｅ）の４種類のいずれであるかを画像データから特定することができない。従って、ウェハの正しい回転角度は、９０°おきの４つの等価な回転角度の中の１つである。図３のステップＳ３においては、この４つの等価な回転角度の少なくとも１つを粗回転角度として検出する。等価な回転角度の１つが検出できれば、他の等価な回転角度も検出できたものと考えることができる。
【００８３】
なお、ステップＳ３において得られる直線エッジ情報とその粗回転角度は、ほとんどの場合はスクライブラインＳＬのものである。但し、スクライブラインＳＬに限らず、ウェハの多階調画像内に存在する直線的な画像部分に関する直線エッジ情報やその粗回転角度を検出してもよい。チップ内の回路が有する直線的な部分は、スクライブラインＳＬに平行なものがほとんどである。従って、スクライブラインＳＬ以外の直線的画像部分を検出しても、ウェハの粗回転角度を求めることができる。
【００８４】
ステップＳ４では、ステップＳ３で検出された直線エッジ情報が信頼できるか否かが判定される。この判定は、例えば、図１９に示す１次元投影法を用いた場合には、累算画素値のピーク値が所定の閾値以上であるか否かによって行なうことができる。また、図２０〜図２２に示すソベルオペレータ法を用いた場合には、図２２（Ｂ）のヒストグラムのピーク値が所定の閾値以上であるか否かによって判定することができる。あるいは、モニタ１３６にウェハの画像を表示しておけば、はっきりとした直線エッジが画像内に含まれるか否かをユーザが目視で判定することができる。直線エッジ情報が信頼できないものである場合には、ステップＳ５において、ＸＹステージ３６を所定量（例えば１視野分）だけ移動させ、ウェハ中心付近の別の位置において多階調画像を取り込む。そして、ステップＳ３を再度実行することによって直線エッジ情報を検出し、粗回転角度α１を求める。
【００８５】
こうして、粗回転角度α１が求められると、ステップＳ６において、撮像位置決定手段１５２が、ウェハの中心付近においてスクライブラインＳＬの交点位置を視野に含むように、ＸＹステージ３６の目標位置座標を算出して移動させる。前述したように、Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ったチップの個数の４種類の組み合わせ（偶数−偶数、偶数−奇数、奇数−偶数、奇数−奇数）によって、ウェハの中心における初期の視野の位置は図１８に示す４つの視野Ｗ〜Ｗ４の位置にほぼ決まっている。撮像位置決定手段１５２（図２）は、ステップＳ３で得られた粗回転角度α１と、チップの寸法（ピッチＬＸ，ＬＹ）と、チップの個数情報から、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれどの程度移動させればスクライブラインＳＬの交点位置を視野内に含む位置に移動できるかを算出する。画像処理ユニット５０は、この移動量を制御部３３（図１）に通知して、ＸＹステージ３６を移動させる。その後、カメラ４１によって多階調画像を再度撮像する。なお、粗回転角度α１には１／４の不確定さがあるので、１回の移動によって、視野の中心がスクライブラインＳＬの交点位置に到達できるとは限らない。この場合には、例えばウェハの中央位置を中心として９０°回転した方向に移動方向を変更して、同じ距離だけ移動すれば、スクライブラインＳＬの交点位置に視野（すなわち撮像領域）の中心を移動させることができる。図２４は、スクライブラインＳＬの交点位置に視野の中心を移動させた状態を示している。図２４に示したように、ウェハの直線部分（スクライブラインＳＬ）の方向は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから粗回転角度α１だけ回転している。ステップＳ６においてカメラ４１で取り込んだ画像はモニタ１３６に表示される。
【００８６】
図１５のステップＳ７では、ステップＳ６で取り込まれた画像を時計回りに粗回転角度α１だけ回転させる画像処理を行う。ステップＳ８では、撮像位置決定手段１５２が、スクライブラインＳＬの交点Ｐａの正確な位置（座標値）の実測値を求めて、これを保存する。スクライブラインＳＬの交点位置の座標は、後に、基準ウェハＷＦ１の位置合わせ基準点を決定する際に使用される。基準ウェハのスクライブラインＳＬの交点位置は、例えば、図２４に示す、カメラ４１の視野Ｗａの中心点Ｐａの座標で代表される。この点Ｐａの位置は、ユーザがモニタ１３６に表示された画像上において、マウス等のポインティングデバイスを用い、カーソルを移動させて指定することができる。あるいは、カメラ４１で取り込んだ多階調画像を処理することによって、スクライブラインＳＬの交点の中心位置の座標を自動的に決定することも可能である。画像処理で交点の中心位置を求める場合には、まず、前述したステップＳ３と同様な方法に従って直線エッジを検出する。そして、スクライブラインＳＬのエッジを近似した直線を求める。さらに、これらの近似直線で構成される４つの角部の中心位置を、スクライブラインＳＬの交点位置として決定する。なお、視野Ｗａの中心位置の座標は、ステージ座標読み込み部３５（図１）で取り込まれたステージ座標系の座標（ステージに固定された座標）である。視野Ｗａ（すなわち取込まれた画像）内の任意の位置のステージ座標系の座標は、この座標値から容易に算出できる。
【００８７】
第１のテンプレート画像ＭＰａの基準点Ｑａと、スクライブライン交点Ｐａとの座標値のオフセット（δｘ，δｙ）は、アライメント情報ファイル１３９に保存される。
【００８８】
ステップＳ９では、ステップＳ７で回転した画像の中からパターンマッチング用の第１のテンプレート画像（モデルパターンとも呼ぶ）を切り出して登録する。図２５は、第１のテンプレート画像ＭＰａの登録の様子を示す説明図である。ステップＳ７では、まず、スクライブラインＳＬ交点位置における多階調画像（図２５（Ａ））を、図２５（Ｂ）に示すように粗回転角度α１だけ時計回りに回転させて、回転後の画像をモニタ１３６に表示する。画像の回転は、アフィン変換によって実行される。ユーザは、表示された画像を観察して、テンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンが存在するか否かを判断する。テンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンとは、その画像パターンの向きから、粗回転角度α１として等価な４つ等価回転角度の中の１つを選択できるような画像パターンを意味する。テンプレート画像ＭＰａとしては、９０°の整数倍の回転対称性が無い画像パターンが好ましい。換言すれば、９０°の整数倍の回転対称性（９０°，１８０°，２７０°の回転対称性）のいずれかを有する画像パターンは、テンプレート画像ＭＰａとしては不適切である。スクライブラインＳＬの交点付近の視野Ｗａには、隣接する４つのチップのそれぞれの角部が含まれるので、これらの４つの角部の内の１つにのみ含まれる特有の画像パターンを第１のテンプレート画像ＭＰａとして登録することができる。
【００８９】
現在の視野Ｗａ内にテンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンが存在しない場合には、カメラ４１で取り込んだ画像をモニタ１３６に表示して観察しながら、ＸＹステージ３６を少しずつ移動させる。そして、テンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンが視野内に入る状態に設定する。
【００９０】
現在の視野Ｗａ内にテンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンが存在する場合には、図２５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、回転後の画像内からテンプレート画像ＭＰａとして登録する領域を切り出す。テンプレート画像ＭＰａの範囲は、ユーザがマウス等のポインティングデバイスを用いて指定する。テンプレート画像ＭＰａは、スクライブラインＳＬの交点付近に存在すれば望ましいが、必ずしも交点付近に存在しなくても良い。
【００９１】
図１５のステップＳ１０では、第１のテンプレート画像ＭＰａの画像と、テンプレート画像ＭＰａの所定位置にある基準点（例えば図２５（ｃ）に示す左上点Ｑａ）の座標が磁気ディスク１３８内のアライメント情報ファイル１３９（図２）に登録される。なお、基準点Ｑａの座標は、例えばステージ座標系の座標値で表わされる。
【００９２】
図１６のステップＳ１１では、ユーザが、回転して切り出したテンプレート画像ＭＰａの所定の方向（例えば時計の３時の方向）を、ウェハ座標系の基準方向（０°方向）Ｄw1と定めることによって、粗回転角度α１の不確定性を取り除く。例えば、図２５（Ｂ）に示すように、粗回転角度α１だけ時計廻りに回転した画像において、時計の３時方向がウェハ座標系の基準方向Ｄw1として設定される。なお、ユーザが指定せずに、自動的に時計の３時方向が基準方向Ｄw1として設定されるようにしてもよい。ウェハの回転角度は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の基準方向Ｄw1までの角度である。従って、図２５（Ｂ）の場合には、基準ウェハの回転角度は、粗回転角度α１に等しい。なお、ウェハ座標系の基準方向を、時計の３時方向以外の方向に選択した場合には、基準ウェハの回転角度はα１とは異なる値となる。しかし、この場合にも、粗回転角度α１に所定の値を加算または減算した値が基準ウェハの回転角度になる。例えば、図２５（Ｂ）の状態において、時計の１２時方向がウェハ座標系の基準方向として選択された場合には、基準ウェハの回転角度は、（α１＋９０°）となる。図１６のステップＳ１２では、この回転角度α１の値がアライメント情報ファイル１３９に保存される。
【００９３】
ステップＳ１３では、隣接するチップのスクライブライン交点位置に撮像領域が来るようにＸＹステージ３６を移動させて画像を撮像する。ステップＳ１４では、この画像について、パターンマッチングを行なうことによって、第１のテンプレート画像ＭＰａと同じ画像パターン（マッチングパターン）を検出する。図２６は、ステップＳ１３，Ｓ１４の処理内容を示す説明図である。この例では、第１のテンプレート画像ＭＰａの登録を行なった交点位置から斜め右下に隣接する交点位置に視野Ｗｂを移動させている。隣接するチップのスクライブライン交点位置は、縦、横、斜めのいずれの方向に隣接していてもよい。この視野（撮像領域）Ｗｂにおける画像の中から、第１のテンプレート画像ＭＰａにマッチングするマッチングパターンＭＰｂを検出する。
【００９４】
ステップＳ１４では、マッチングパターンＭＰｂを検出した後に、その基準点Ｑｂの座標も算出する。そして、２つの画像パターンＭＰａ，ＭＰｂの基準点Ｑａ，Ｑｂ同士を結ぶ直線Ｌ１の方向として、第２の基準点Ｑｂから第１の基準点Ｑａに向う方向（基準点の連結方向）ＤL1を特定する。また、この連結方向ＤL1の回転角度（ステージ座標系の基準方向Ｄｓから反時計回りに測った角度）θ１を算出する。なお、基準点Ｑａ，Ｑｂの座標は、ステージ座標系の座標として求められているので、連結方向ＤL1の回転角度θ１は、これらの座標から簡単な計算で求めることができる。
【００９５】
この実施例では、図２５（Ｂ）に示す粗回転角度α１の代りに、基準点の連結方向ＤL1の回転角度θ１を基準ウェハの回転角度として使用する。２つの回転角度α１，θ１の違いは、ウェハ座標系の基準方向としてどの方向を選択するか、に起因するものであり、いずれを回転角度として定義してもよい。但し、画像パターンの基準点の連結方向の回転角度θ１の方が、粗回転角度α１よりも高精度に決定できるという利点がある。前述した図３（Ｂ）に示されている回転角度θ１は、この基準点の連結方向ＤL1で定義される回転角度である。
【００９６】
図１６のステップＳ１６では、第２のスクライブライン交点Ｐｂ（図２６）の位置が決定され、アライメント情報ファイル１３９に保存される。例えば、第２のスクライブライン交点ＰｂとマッチングパターンＭＰｂとの位置関係は、第１のスクライブライン交点Ｐａとテンプレート画像ＭＰａとの位置関係と等しいものと仮定される。従って、第２のスクライブライン交点Ｐｂの位置は、マッチングパターンＭＰｂの基準点Ｑｂの位置と、第１のスクライブライン交点Ｐａとテンプレート画像ＭＰａの基準点Ｑａの相対位置とに基づいて算出される。
【００９７】
あるいは、第１のスクライブライン交点Ｐａの決定方法と同様の方法によって、第２のスクライブライン交点Ｐｂの位置を決定するようにしても良い。すなわち、第２のスクライブライン交点Ｐｂの位置を、ユーザが指定してもよく、また、第２の視野Ｗｂ内の画像を解析することによって、第２のスクライブライン交点Ｐｂの位置を自動的に決定するようにしてもよい。
【００９８】
図１６のステップＳ１７では、２つのスクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂの中点Ｐａｂの座標が算出され、位置合わせ基準点（図３（Ｂ）の点ＲＰ）としてアライメント情報ファイル１３９に保存される。この位置合わせ基準点Ｐａｂは、各測定点の位置を決定するときの原点（すなわちウェハ座標系の座標原点）として使用される。この実施例では、位置合わせ基準点Ｐａｂの座標が、スクライブラインで規定される格子の互いに対角方向にある２つのスクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂの座標から決定されているので、その位置を高精度に設定することができる。
【００９９】
なお、位置合わせ基準点としては、この他にも種々の設定方法がある。例えば、２つの画像パターンＭＰａ，ＭＰｂの基準点Ｑａ，Ｑｂの中点Ｑａｂを位置合わせ基準点として使用することもできる。さらに、スクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂと基準点Ｑａ，Ｑｂの中の１つの点を、位置合わせ基準点として選択することも可能である。
【０１００】
以上の基準ウェハに関する前処理によって、アライメント情報ファイル１３９内に以下の情報が登録される。
（ａ）基準ウェハの粗回転角度α１と、高精度な回転角度θ１；
（ｂ）第１のテンプレート画像ＭＰａの画像データ；
（ｃ）テンプレート画像の基準点Ｑａ，Ｑｂの座標値；
（ｄ）テンプレート画像の基準点Ｑａ，Ｑｂからそれぞれのスクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂまでの座標のオフセット（δｘ，δｙ）；
（ｅ）位置合わせ基準点Ｐａｂの座標値。
【０１０１】
これらの情報は、ステージ座標系とウェハ座標系との対応関係を決定するために用いられる情報（「座標系対応関係決定情報」と呼ぶ）である。この座標系対応関係決定情報を用いることによって、ステージ座標系と基準ウェハＷＦ１のウェハ座標系とをアフィン変換によって相互に座標変換することができる。また、後述するように、この座標系対応関係決定情報を用いて、ステージ座標系と被測定ウェハのウェハ座標系との対応関係を求めることができる。
【０１０２】
Ｆ．被測定ウェハを用いたプリアライメント処理：
図２７および図２８は、被測定ウェハのプリアライメント処理の手順を示す説明図である。ステップＳ１〜Ｓ６までの処理は、図１５に示した基準ウェハに関するプリアライメント前処理と同じである。これによって、ウェハの中心近くのスクライブライン交点の画像が取り込まれる。図２９は、被測定ウェハに設定された視野の一例を示している。ここでは、視野Ｗｃを撮像領域とした画像が取込まれる。図２７のステップＳ３においては、図２９に示す粗回転角度α２prが検出されている。なお、この粗回転角度α２prは、９０°の整数倍の不確定さを有している。被測定ウェハにおいては、不確定さを取除く前の粗回転角度を「予備回転角度」とも呼ぶ。この名前は、不確定さを含む予備的な回転角度であることを意味している。
【０１０３】
ステップＳ３１では、パターンマッチング手段１５４（図２）が、この視野Ｗｃ内の画像に関して、基準ウェハの前処理において登録された第１のテンプレート画像ＭＰａを用いたパターンマッチング処理を行なう。
【０１０４】
図３０は、被測定ウェハに関するパターンマッチングの方法を示す説明図である。まず、図３０（Ａ）に示す読み取られた画像を、アフィン変換によって予備回転角度α２prだけ時計廻りに回転して、図３０（Ｂ）に示すような画像を作成する。そして、回転後の画像内において、第１のテンプレート画像ＭＰａとマッチングする画像パターンをパターンマッチング処理によって検出する。この時、図３０（Ｃ）に示すように、９０°ずつ回転した４つのテンプレート画像を予め作成しておくことが好ましい。そして、これらの４つのテンプレート画像の中で、マッチング度が最も高くなるテンプレート画像を決定し、これにマッチングした画像パターン（マッチングパターン）の基準点の座標を決定する。図３０（Ｂ）の例では、１８０°回転のテンプレート画像のマッチング度が最も高い。従って、この被測定ウェハの粗回転角度α２は、（α２pr＋１８０°）であることが決定される。すなわち、テンプレート画像を用いたパターンマッチングによって、予備回転角度α２prの不確定さを解消して、粗回転角度α２の値を決定することができる。なお、回転対称な４つのテンプレート画像に関連付けられた角度（０°、９０°、１８０°、２７０°）のうち、パターンマッチングによって選択された角度を、以下では「マッチング角度」と呼ぶ。
【０１０５】
図３１は、被測定ウェハの予備回転角度α２prと粗回転角度α２との関係を示す説明図である。予備回転角度α２prは、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、被測定ウェハの直線部分（スクライブラインＳＬ）の方向まで反時計回りに測った角度である。粗回転角度α２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の基準方向Ｄw2まで反時計回りに測った角度である。ウェハ座標系の基準方向Ｄw2は、マッチングパターンＭＰｃが正立（図３０（Ｃ）の最初のテンプレート画像の向きに）した時に、時計の３時方向を向く方向であると定義されている。予備回転角度α２prは、ウェハの直線部分から決定されていただけなので、この例では、予備回転角度α２prと粗回転角度α２とは１８０°の差がある。もちろん、これらの角度α２pr，α２が等しい場合もある。
【０１０６】
図２７のステップＳ３２では、マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃの座標がアライメント情報ファイル１３９に保存される。図２８のステップＳ３３では、被測定ウェハの回転角度の不確定さを解消して、その相対回転角度Δαを求める。ここで、被測定ウェハの相対回転角度Δαは、非測定ウェハの粗回転角度α２と、基準ウェハの粗回転角度α１との差分（α２−α１）として定義される。
【０１０７】
被測定ウェハ内の各測定点の位置は、この相対的な回転角度Δαを用いて決定することもできる。しかし、この実施例では、以下の手順により、基準ウェハとの相対的な回転角度をより正確に求めることによって、各測定点の位置をより正確に決定している。
【０１０８】
ステップＳ３４では、パターンマッチングの結果から、マッチングパターンＭＰｃの近傍にある第１のスクライブライン交点Ｐｃ（図３１）の位置を算出する。図３２は、マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃと、第１のスクライブライン交点Ｐｃとの関係を示す説明図である。前述したように、パターンマッチング処理では、図３２（ａ）〜（ｄ）に示す４つのマッチング角度のいずれか１つにおいて、画像パターンがマッチングすることが確認される。スクライブライン交点Ｐｃの座標（Ｘｃ，Ｙｃ）は、マッチング角度に応じてそれぞれ以下のように算出される。
【０１０９】
（ａ）マッチング角度が０度の場合：
Ｘｃ＝Ｘｓ＋δｘ，Ｙｃ＝Ｙｓ＋δｙ
【０１１０】
（ｂ）マッチング角度が９０度の場合：
Ｘｃ＝Ｘｓ＋δｙ，Ｙｃ＝Ｙｓ−δｘ
【０１１１】
（ｃ）マッチング角度が１８０度の場合：
Ｘｃ＝Ｘｓ−δｘ，Ｙｃ＝Ｙｓ−δｙ
【０１１２】
（ｄ）マッチング角度が２７０度の場合：
Ｘｃ＝Ｘｓ−δｙ，Ｙｃ＝Ｙｓ＋δｘ
【０１１３】
ここで、δｘ，δｙは、前述した基準ウェハのプリアライメント前処理において求められていた、テンプレート画像ＭＰａの基準点Ｑａ（図２６）と、その近傍のスクライブライン交点Ｐａとの座標のオフセットである。この座標のオフセット（δｘ，δｙ）を用いることによって、マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃから、スクライブライン交点Ｐｃの座標を上記のように算出することができる。なお、図３２に示す関係は、被測定ウェハＷＦ２を予備回転角度α２prだけ回転させた状態のものなので、上記の４つの式の各座標値としては、予備回転角度α２prだけ回転するようにアフィン変換を行った値が使用される。
【０１１４】
図２８のステップＳ３５では、２つの目のスクライブライン交点を視野内に含む位置に被測定ウェハＷＦ２を移動させる。図３３は、被測定ウェハにおいて設定された２つの視野の関係を示す説明図である。被測定ウェハの２つのスクライブライン交点Ｐｃ，Ｐｄの位置関係は、ウェハ座標系において、基準ウェハの２つのスクライブライン交点位置Ｐａ，Ｐｂの位置関係と同じである。従って、２番目のスクライブライン交点Ｐｄは、最初のスクライブライン交点Ｐｃから、基準ウェハの直線Ｌ１に相当する直線Ｌ２の方向に沿った方向に存在する。２番目のスクライブライン交点ＰｄにＸＹステージ３６を移動させる移動量は、基準ウェハの２つの基準点Ｑａ，Ｑｂの座標値の差分と同じである。こうして、図３３の２番目の視野Ｗｄが設定される。
【０１１５】
図２８のステップＳ３６では、２番目の視野Ｗｄの画像が読み取られ、粗回転角度α２だけ画像をアフィン変換で回転するとともに、回転後の画像に関してパターンマッチングを実行する。このパターンマッチングでは、第１のテンプレート画像ＭＰａと最も一致したマッチングパターンＭＰｄの基準点Ｑｄ（図３３）の座標が得られる。
【０１１６】
ステップＳ３７では、回転方向決定手段１５８（図２）が、２つの基準点Ｑｃ，Ｑｄの連結方向ＤL2の回転角度θ２を求める。この回転角度θ２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、基準点の連結方向ＤL2まで反時計回りに測定した角度である。
【０１１７】
ステップＳ３８では、２つ目のマッチングパターンＭＰｄの基準点Ｑｄの座標から、２点目のスクライブライン交点Ｐｄの座標が算出される。この演算は、前述した図３２に示すものと同じである。ステップＳ３９では、１点目と２点目のスクライブライン交点Ｐｃ，Ｐｄの中心点Ｐｃｄ（図３３）の座標を求める。この中心点Ｐｃｄは、ウェハ座標系における原点となる。また、以下に説明するファインアライメント処理における位置合わせ基準点ＲＰ（図３（Ｃ））として使用される。
【０１１８】
基準ウェハＷＦ１と被測定ウェハＷＦ２との相対的な回転角度は、被測定ウェハにおける基準点の連結方向ＤL2の回転角度θ２と、基準ウェハにおける基準点の連結方向ＤL1の回転角度θ１とを用いて高精度に決定することができる。
【０１１９】
図３４は、高精度な相対回転角度を求める方法を示す説明図である。図３４（Ａ）は、基準ウェハに関して得られた２つの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ直線Ｌ１を示している。これらの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ連結方向ＤL1は、第２の基準点Ｑｂから第１の基準点Ｑａに向う方向に取られている。この連結方向ＤL1の回転角度θ１は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから連結方向ＤL1まで反時計回りに測った角度である。図３４（Ｂ）は、被測定ウェハに関して得られた２つの基準点Ｑｃ，Ｑｄを結ぶ直線Ｌ２を示している。これらの基準点Ｑｃ，Ｑｄを結ぶ連結方向ＤL2も、第２の基準点Ｑｄから第１の基準点Ｑｃに向う方向に取られている。この連結方向ＤL2の回転角度θ２も、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから連結方向ＤL2まで反時計回りに測った角度である。このように、基準ウェハにおける連結方向ＤL1の回転角度θ１も、被測定ウェハにおける連結方向ＤL2の回転角度θ２も、いずれも同じ定義に従って決定されている。従って、これらの差分△θ＝θ２−θ１を求めることによって、これを、基準ウェハと被測定ウェハとの相対的な回転角度として採用することができる。
【０１２０】
ところで、被測定ウェハの回転角度（回転方向）を決める方法としては、他の方法も考えられる。図３５は、粗回転角度α１，α２を用いた粗い相対回転角度の決定方法を示す説明図である。粗回転角度α１，α２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の基準方向Ｄw1，Ｄw2まで反時計回りに測った角度である。従って、粗回転角度の差分△α＝α２−α１を、基準ウェハと被測定ウェハとの相対的な回転角度とすることができる。但し、上述した回転角度θ１、θ２の方が、粗回転角度α１，α２よりも精度が高いので、その相対回転角度△θも、粗回転角度から決定された相対回転角度△αよりも精度が高い。
【０１２１】
回転方向決定手段１５８が被測定ウェハの回転角度（回転方向）を決定する方法としては、上述の方法も含めて、以下のような種々の方法が考えられる。
【０１２２】
方法１：基準ウェハの高精度回転角度θ１と、被測定ウェハの高精度回転角度θ２との差分△θから、両者の相対的な回転角度（回転方向）を決定する。この方法１は、図３４に示したものである。この方法によれば、相対的な回転角度（回転方向）を高精度に決定できるという利点がある。
【０１２３】
方法２：基準ウェハの粗回転角度α１と、被測定ウェハの粗回転角度α２との差分△αから、両者の相対的な回転角度（回転方向）を決定する。この方法２は、図３５に示したものである。この方法を用いる場合には、基準ウェハや被測定ウェハにおいて、少なくとも１カ所の画像でパターンマッチングを行えばよい。従って、処理を高速化できるという利点がある。
【０１２４】
方法３：被測定ウェハの高精度回転角度θ２そのものを、被測定ウェハの回転角度（回転方向）として利用する。図３４（Ｂ）から解るように、高精度回転角度θ２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の連結方向ＤL2までの回転角度である。従って、被測定ウェハは、ステージ座標系の基準方向Ｄｓからθ２だけ回転しているものと考えることが可能である。なお、方法３の変形として、高精度回転角度θ２に一定値を加算または減算した値を、被測定ウェハの回転角度（回転方向）としてもよい。この方法３によれば、基準ウェハからの相対的な回転角度ではなく、ステージ座標系の所定の基準方向Ｄｓを基準とした回転角度（回転方向）を高精度に決定できるという利点がある。特に、基準ウェハの位置合わせ基準点や複数の測定点の座標を、予めステージ座標系の座標に変換している場合には、この回転角度θ２を被測定ウェハの回転角度としてそのまま利用することができる。
【０１２５】
方法４：被測定ウェハの粗回転角度α２そのものを、被測定ウェハの回転角度（回転方向）とする。この場合も、方法３と同様に、回転角度α２に一定値を加算または減算した値を、被測定ウェハの回転角度（回転方向）としてもよい。この方法４によれば、基準ウェハからの相対的な回転角度ではなく、ステージ座標系の所定の基準方向Ｄｓを基準とした回転角度（回転方向）を高速に決定できるという利点がある。
【０１２６】
このように、被測定ウェハのプリアライメント処理によって、位置合わせ基準点ＲＰ（図３）の位置と、回転角度θ２とが決定されたので、これらを用いてステージ座標系の座標と被測定ウェハのウェハ座標系との座標変換を行うことができる。
【０１２７】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１２８】
（１）上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を適用して半導体ウェハの位置合わせ処理（アラインメント処理）を行なう機能を有する測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】画像処理ユニット５０の内部構成を示すブロック図。
【図３】実施例における位置合わせ処理の概要を示す説明図。
【図４】実施例における位置合わせ処理の全体手順を示すフローチャート。
【図５】ステップＴ１の詳細手順を示すフローチャート。
【図６】ＸＹステージ３６上に載置された座標補正用ウェハＷＦ０を示す説明図。
【図７】座標補正用ウェハＷＦ０の中央付近のパターンを示す説明図。
【図８】各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの理想ステージ座標値と実測ステージ座標値との関係を示す説明図。
【図９】座標補正テーブル１６６の登録内容を示す説明図。
【図１０】ステップＴ３の詳細手順を示すフローチャート。
【図１１】ステップＴ２２における座標補正処理の内容を示す説明図。
【図１２】座標補正テーブル１６６における４つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ４の登録内容を示す説明図。
【図１３】ステップＴ５の詳細手順を示すフローチャート。
【図１４】座標補正テーブル１６６における４つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ４の登録内容を示す説明図。
【図１５】基準ウェハＷＦ１を用いたプリアライメント前処理の手順を示すフローチャート。
【図１６】基準ウェハＷＦ１を用いたプリアライメント前処理の手順を示すフローチャート。
【図１７】半導体ウェハＷＦ内に形成された複数のチップの配列の様子を示す概念図。
【図１８】ウェハの中心付近を拡大して示す概念図。
【図１９】１次元投影法による直線エッジ情報の検出処理を示す説明図。
【図２０】ソベルオペレータによる画像処理の方法を示す説明図。
【図２１】ソベルオペレータを用いて得られた水平エッジ値と垂直エッジ値とから、画像の直線部分の角度を算出する方法を示す説明図。
【図２２】処理対象となる多階調画像の一例と、この多階調画像からソベルオペレータ法によって検出された角度のヒストグラムを示す説明図。
【図２３】４つの等価回転角度を示す説明図。
【図２４】スクライブラインＳＬの交点位置に視野の中心を移動させた状態を示す説明図。
【図２５】テンプレート画像ＭＰａの登録の様子を示す説明図。
【図２６】ステップＳ１０の処理内容を示す説明図。
【図２７】被測定ウェハのプリアライメント処理の手順を示すフローチャート。
【図２８】被測定ウェハのプリアライメント処理の手順を示すフローチャート。
【図２９】被測定ウェハにおいて設定される視野の一例を示す説明図。
【図３０】被測定ウェハに関するパターンマッチングの方法を示す説明図。
【図３１】被測定ウェハにおけるウェハの予備回転角度α２prと粗回転角度α２との関係を示す説明図。
【図３２】マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃと第１のスクライブライン交点Ｐｃとの関係を示す説明図。
【図３３】被測定ウェハにおいて設定された２つの視野の関係を示す説明図。
【図３４】高精度な相対回転角度を求める方法を示す説明図。
【図３５】粗い相対回転角度を求める方法を示す説明図。
【符号の説明】
３０…制御操作ユニット
３１…表示部
３２…操作部
３３…制御部
３４…ステージ駆動部
３５…ステージ座標読み込み部
３６…ＸＹステージ
３６ａ，３６ｂ…ウェハ保持アーム
３８…通信経路
４０…光学ユニット
４１…カメラ
４２…光源
４３…ハーフミラー
４４…対物レンズ
５０…画像処理ユニット
１１０…ＣＰＵ
１１２…バスライン
１１４…ＲＯＭ
１１６…ＲＡＭ
１３６…モニタ
１３８…磁気ディスク
１３９…アライメント情報ファイル
１４０…入出力インタフェイス
１５０…等価回転方向決定手段
１５２…撮像位置決定手段
１５４…パターンマッチング手段
１５６…角度選択手段
１５８…回転方向決定手段
１６０…基準位置決定手段
１６２…測定位置決定手段
１６４…座標補正テーブル作成手段
１６６…座標補正テーブル
１６８…座標補正手段
１７０…座標変換手段
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハ上の対象点座標の補正や決定を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハは、その製造工程において種々の測定装置によって測定が行われる。測定処理の際には、ウェハを測定装置のステージ上に載置した後に、ウェハ上の予め定められた測定点に測定プローブ（光学素子や電極等）を正確に位置決めする「位置合わせ処理（アライメント処理）」が行なわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、測定装置のステージが完全な平面では無く、ステージに歪みが存在する場合がある。ステージに歪みが存在すると、この歪みに起因する位置ズレが発生する可能性がある。従って、測定点の理想的な座標値が解っている場合にも、ステージの歪みに起因する位置ズレの影響によって、うまく位置合わせ処理を行えない場合があった。このような問題は、測定点に限らず、ウェハ上の任意の対象点の座標や位置の決定に共通する問題であった。
【０００４】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、ステージの歪みによる位置ズレを考慮して、ウエハ上の対象点の座標を補正できる技術を提供することを第１の目的とする。また、ステージの歪みによる位置ズレを考慮して、ウエハ上の対象点の座標を決定できる技術を提供することを第２の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の方法は、ステージに載置されたウェハ上における対象点の座標を補正する方法であって、
（ａ）前記ステージに載置されたウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める工程と、
（ｂ）前記ステージ上に載置された任意のウェハ上の対象点の座標値を前記座標補正情報に従って補正する工程と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
上記第１の方法によれば、ウェハ上の複数の座標補正基準点に関して座標補正情報を求めておくので、この座標補正情報に基づいてステージの歪みによる位置ズレを考慮するように、任意のウェハ上の対象点の座標を補正することができる。
【０００７】
前記工程（ａ）は、
（１）前記複数の座標補正基準点を特定するための複数の同一パターンが所定の配列で設定された座標補正用ウェハを前記ステージ上に載置する工程と、
（２）前記座標補正用ウェハ上において、前記複数の同一パターンの配列を検出するとともに、前記複数の同一パターンと所定の位置関係にある前記複数の座標基準点に関して前記実測ステージ座標値を測定する工程と、
（３）前記複数の同一パターンの前記所定の配列から、前記複数の座標補正基準点に関する前記理想ステージ座標値を決定する工程と、
（４）前記工程（２）で測定された前記実測ステージ座標値と前記工程（３）で決定された前記理想ステージ座標値との関係に基づいて、前記座標補正情報を作成する工程と、
を備えることが好ましい。
【０００８】
こうすれば、ステージ上の複数の座標補正基準点について、実測ステージ座標値と理想ステージ座標値とを求めることができ、さらに、これらの座標値から座標補正情報を作成することができる。
【０００９】
なお、上記第１の方法において、前記工程（ｂ）は、前記対象点に関して、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値を、前記位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値に補正する工程を含むようにしてもよい。
【００１０】
こうすれば、理想ステージ座標値から、ステージの歪みに起因する位置ずれ成分を含む実測ステージ座標値を求めることができる。
【００１１】
あるいは、前記工程（ｂ）は、前記対象点に関して、前記位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値を、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値に補正する工程を含むようにしてもよい。
【００１２】
こうすれば、ステージの歪みに起因する位置ずれ成分を含む実測ステージ座標値から、理想ステージ座標値を求めることができる。
【００１３】
本発明の第２の方法は、ステージに載置された対象ウェハ上における対象点の座標を決定する方法であって、
（ａ）前記ステージに載置された所定のウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める工程と、
（ｂ）所定の対象点設定用基準ウェハを前記ステージ上に載置する工程と、
（ｃ）前記対象点設定用基準ウェハ上において前記対象点を設定するとともに、前記対象点に関するステージ座標系の座標である実測ステージ座標値を測定する工程と、
（ｄ）前記実測ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって前記位置ズレ成分を含まない第１の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第１の理想ステージ座標値を座標変換することによってウェハ座標系の座標であるウェハ座標値を求める工程と、
（ｅ）前記ステージ上に前記対象ウェハを載置する工程と、
（ｆ）前記対象ウェハ上における前記対象点に関する前記ウェハ座標値を座標変換することによって前記対象点に関する第２の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第２の理想ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む補正ステージ座標値を前記対象点に関して求める工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
こうすれば、対象点設定用ウェハ上で設定された対象点に関しては、ステージの歪みに起因する位置ズレ成分を含まないウェハ座標値を得ることができる。また、対象ウェハ上に対象点のウェハ座標値から、ステージの歪みに起因する位置ズレ成分を含む補正ステージ座標値を得ることができる。すなわち、ステージの歪みによる位置ズレを考慮して、ウエハ上の対象点のステージ座標値を決定することができる。
【００１５】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。第１の態様は、ステージに載置されたウェハ上における対象点の座標を補正する装置であって、
前記ステージに載置されたウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める座標補正情報作成手段と、
前記ステージ上に載置された任意のウェハ上の対象点の座標値を前記座標補正情報に従って補正する座標補正手段と、
を備えることを特徴とする対象点座標の補正装置である。
【００１６】
第２の態様は、ステージに載置された対象ウェハ上における対象点の座標を決定する装置であって、
前記ステージに載置された所定のウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める座標補正情報作成手段と、
前記ステージ上に載置された所定の対象点設定用基準ウェハ上において設定された前記対象点に関して、ステージ座標系の座標である実測ステージ座標値を測定する座標測定手段と、
前記実測ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって前記位置ズレ成分を含まない第１の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第１の理想ステージ座標値を座標変換することによってウェハ座標系の座標であるウェハ座標値を求める第１の座標補正・変換手段と、
前記ステージ上に載置された前記対象ウェハ上における前記対象点に関する前記ウェハ座標値を座標変換することによって前記対象点に関する第２の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第２の理想ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む補正ステージ座標値を前記対象点に関して求める第２の座標補正・変換手段と、
を備えることを特徴とする対象点座標の決定装置である。
【００１７】
第３の態様は、ステージに載置されたウェハ上における対象点の座標を補正するためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記ステージに載置されたウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める機能と、前記ステージ上に載置された任意のウェハ上の対象点の座標値を前記座標補正情報に従って補正する機能と、
をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１８】
第４の態様は、ステージに載置された対象ウェハ上における対象点の座標を決定するためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記ステージに載置された所定のウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める機能と、
前記ステージ上に載置された所定の対象点設定用基準ウェハ上において設定された前記対象点に関して、ステージ座標系の座標である実測ステージ座標値を測定する機能と、
前記実測ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって前記位置ズレ成分を含まない第１の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第１の理想ステージ座標値を座標変換することによってウェハ座標系の座標であるウェハ座標値を求める機能と、
前記ステージ上に載置された前記対象ウェハ上における前記対象点に関する前記ウェハ座標値を座標変換することによって前記対象点に関する第２の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第２の理想ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む補正ステージ座標値を前記対象点に関して求める機能と、
をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１９】
第５の態様は、コンピュータに上記の発明の各工程または各手段の機能を実現させるコンピュータプログラムを通信経路を介して供給するプログラム供給装置としての態様である。こうした態様では、プログラムをネットワーク上のサーバなどに置き、通信経路を介して、必要なプログラムをコンピュータにダウンロードし、これを実行することで、上記の処理方法や処理装置を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
Ａ．装置の構成：
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、この発明の実施例を適用して半導体ウェハの位置合わせ処理（アラインメント処理）を行なう機能を有する測定装置の構成を示すブロック図である。この測定装置は、制御操作ユニット３０と、光学ユニット４０と、画像処理ユニット５０とを備えている。
【００２１】
制御操作ユニット３０は、表示部３１と、操作部３２と、制御部３３と、ステージ駆動部３４と、ステージ座標読み込み部３５と、ＸＹステージ３６とを備えている。表示部３１としては、例えばモニタや液晶ディスプレイ等が使用される。また、操作部３２としては、例えばキーボードやマウス等が用いられる。ＸＹステージ３６の上には、半導体ウェハＷＦが載置される。半導体ウェハＷＦの表面には、タイル状に配列された矩形の複数の半導体チップが形成されている。なお、この装置は、ＸＹステージ３６を回転させる機構は有していない。
【００２２】
光学ユニット４０は、カメラ４１と、光源４２と、ハーフミラー４３と、対物レンズ４４とを備えている。ハーフミラー４３は、光源４２から出射された光を対物レンズ４４に向けて反射し、ＸＹステージ３６上の半導体ウェハＷＦに光を照射する。半導体ウェハＷＦの表面で反射されたは光は、対物レンズ４４とハーフミラー４３とを通過して、カメラ４１に入射する。すなわち、カメラ４１は、半導体ウェハＷＦの表面の画像を撮像する。画像としては、多階調画像（グレー画像）を読取ることが好ましい。なお、この実施例では、カメラ４１の視野サイズは、半導体ウェハの表面に形成された半導体チップの１個分のサイズよりも小さい。後で詳述するように、半導体ウェハＷＦの多階調画像は、画像処理ユニット５０によって処理され、これによって半導体ウェハＷＦの回転方向が検出される。画像処理ユニット５０のモニタ１３６には、半導体ウェハＷＦの一部の撮像領域の多階調画像が表示される。
【００２３】
ユーザが操作部３２を操作してＸＹステージ３６に対する移動指令を入力すると、その指令に応じて、制御部３３がステージ駆動部３４を制御してＸＹステージ３６をＸ方向とＹ方向に移動させる。また、操作部３２からステージの座標読み込み指令が入力されると、その時点のステージ座標情報がステージ座標読み込み部３５によって読込まれて制御部３３に供給される。ステージ座標情報は、必要に応じて表示部３１に表示される。ステージ座標情報は、さらに、双方向の通信経路３８を介して制御部３３から画像処理ユニット５０にも供給される。後述するように、画像処理ユニット５０は、画像処理によって認識されたウェハの回転方向と、このステージ座標情報とを利用することによって、ウェハの正確な回転方向や測定位置を決定する。
【００２４】
図２は、画像処理ユニット５０の内部構成を示すブロック図である。この画像処理ユニット５０は、ＣＰＵ１１０と、ＲＯＭ１１４と、ＲＡＭ１１６と、入出力インタフェイス１４０とが、バスライン１１２に接続されたコンピュータシステムとして構成されている。入出力インタフェイス１４０には、モニタ１３６と、磁気ディスク１３８と、通信経路３８とが接続されている。
【００２５】
ＲＡＭ１１６には、等価回転方向決定手段１５０と、撮像位置決定手段１５２と、パターンマッチング手段１５４と、角度選択手段１５６と、回転方向決定手段１５８と、基準位置決定手段１６０と、測定位置決定手段１６２と、座標補正テーブル作成手段１６４と、座標補正手段１６８と、座標変換手段１７０との機能を実現するアプリケーションプログラムが格納されており、また、座標補正テーブル作成手段１６４で作成された座標補正テーブル１６６が格納されている。なお、パターンマッチング手段１５４は、パターンマッチングによって決定されたマッチング画像内の特定位置の座標を測定する座標測定手段としての機能も有している。これらの各手段の機能については後述する。
【００２６】
これらの各手段の機能を実現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み取って直接実行するようにしてもよい。
【００２７】
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。また、オペレーションシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェア装置を動作させるような場合には、そのハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハードウェア装置は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。
【００２８】
なお、この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
【００２９】
Ｂ．位置合わせ処理の概要：
図３は、実施例における位置合わせ処理の概要を示す説明図である。この実施例では、座標補正用ウェハＷＦ０（図３（Ａ））と、測定点設定用基準ウェハＷＦ１（図３（Ｂ））と、被測定ウェハＷＦ２（図３（Ｃ））と、の３種類のウェハが用いられる。座標補正用ウェハＷＦ０は、ｎ＋１個の座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの位置が予め正確に設定されているウェハである。測定点設定用基準ウェハＷＦ１と被測定ウェハＷＦ２は同じ表面パターンを有しており、複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５がそれぞれ設定される。一般的には、同一のロットで処理された複数のウェハの１枚が測定点設定用基準ウェハＷＦ１として使用され、他の複数枚のウェハが被測定ウェハＷＦ２として使用される。以下では、測定点設定用基準ウェハＷＦ１を、単に「基準ウェハＷＦ１」とも呼ぶ。
【００３０】
なお、基準ウェハＷＦ１は、本発明における対象点設定用ウェハに相当し、被測定ウェハＷＦ２は、本発明における対象ウェハに相当する。
【００３１】
図４は、実施例における位置合わせ処理の全体手順を示すフローチャートである。ステップＴ１では、座標補正用ウェハＷＦ０を用いて、ＸＹステージ３６の歪みによるステージ座標値の位置ズレを補正するための座標補正テーブル１６６（図２）が作成される。このステップＴ１では、まず、座標補正用ウェハＷＦ０をＸＹステージ３６（図１）上に載置し、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎのステージ座標系の座標値（「実測ステージ座標値」と呼ぶ）を測定する。各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎは、座標補正用ウェハＷＦ０上において正確なピッチで配列されているので、各点Ｐ０〜Ｐｎの位置の設定値から、ＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含まない理想的なステージ座標値（「理想ステージ座標値」と呼ぶ）を決定することができる。こうして得られた各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの実測ステージ座標値と理想ステージ座標値との差分を取ることによって、座標補正値（ΔＸ，ΔＹ）が得られる。この座標補正値（ΔＸ，ΔＹ）は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレを表している。各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎにおける座標補正値（ΔＸ，ΔＹ）は、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの実測ステージ座標値と共に、座標補正テーブル１６６に登録される。この座標補正テーブル１６６は、ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報に相当する。
【００３２】
なお、この明細書において、ステージ座標系とはＸＹステージ３６に対して固定された座標系を意味し、ウェハ座標系とは各ウェハに対して固定された座標系を意味する。また、ステージ座標系の座標値を単に「ステージ座標値」と呼び、また、ウェハ座標系の座標値を単に「ウェハ座標値」と呼んでいる。
【００３３】
ステップＴ２におけるプリアライメント前処理では、基準ウェハＷＦ１のウェハ座標系とステージ座標系との間の座標変換に用いられる座標変換係数が決定される。この座標変換係数は、基準ウェハＷＦ１の回転角度θ１と、位置決め基準点ＲＰの実測ステージ座標値とに基づいて決定される。ところで、図１に示す測定装置はＸＹステージ３６上に載置されたウェハを回転するための回転機構を備えていないので、ＸＹステージ３６上に載置された基準ウェハＷＦ１は任意の方向を取り得る。基準ウェハＷＦ１の回転角度θ１は、パターンマッチングを含む画像処理によって決定される。なお、回転角度θ１は、ＸＹステージ３６の基準方向Ｄs とウェハの基準方向ＤL1との間の角度として定義されている。
【００３４】
ステップＴ３では、基準ウェハＷＦ１上において複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の位置が設定される。各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の実測ステージ座標値は、座標補正テーブル１６６を用いて補正され、さらに、ウェハ座標系の座標値に変換されて登録される。この結果、複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５に関して、ＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含まないウェハ座標系の座標値がそれぞれ登録される。
【００３５】
ステップＴ４におけるプリアライメント前処理では、被測定ウェハＷＦ２のウェハ座標系とステージ座標系との間の座標変換に用いられる座標変換係数が決定される。この座標変換係数は、ステップＴ２と同様に、被測定ウェハＷＦ２の回転角度θ２と、位置決め基準点ＲＰの実測ステージ座標値とに基づいて決定される。
【００３６】
ステップＴ５では、被測定ウェハＷＦ２上において、各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５のそれぞれに関する位置決め処理が実行される。ここでは、まず、基準ウェハＷＦ１を用いて設定された各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５のウェハ座標値が理想ステージ座標値に変換され、さらに、この理想ステージ座標値が座標補正テーブル１６６を用いて補正されてＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含むステージ座標値（「補正ステージ座標値」と呼ぶ）が求められる。この補正ステージ座標値は、ＸＹステージ３６上における各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の実際の位置を示している。この補正ステージ座標値を用いることによって、所定の測定プローブ（図示せず）を各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５に正確に位置決めすることができる。
【００３７】
なお、ステップＴ１における座標補正テーブル作成処理は、図２に示す座標補正テーブル作成手段１６４と、パターンマッチング手段１５４とによって実行される。ステップＴ２，Ｔ４における処理は、基準位置決定手段１６０と、他のいくつかの手段１５０，１５２，１５４，１５６，１５８とが協力して実行する。ステップＴ３，Ｔ５における処理は、測定位置決定手段１６２と、撮像位置決定手段１５２と、パターンマッチング手段１５４と、座標補正手段１６８と、座標変換手段１７０とが協力して実行する。
【００３８】
なお、ステップＴ２，Ｔ４は座標変換係数を求めるための処理なので、以下に説明する実施例以外の種々の処理を利用することができる。そこで、以下ではまず、ステップＴ１，Ｔ３，Ｔ５の処理内容を詳細に説明し、その後にステップＴ２，Ｔ４の処理内容の一例を説明する。
【００３９】
Ｃ．座標補正テーブル作成処理（ステップＴ１）の詳細：
図５は、ステップＴ１の詳細手順を示すフローチャートである。ステップＴ１１では、座標補正用ウェハＷＦ０をＸＹステージ３６の上に載置する。図６（Ａ），（Ｂ）は、ＸＹステージ３６上に載置された座標補正用ウェハＷＦ０を示している。Ｘ軸とＹ軸は、ステージ座標系の座標軸である。このウェハＷＦ０の上には、ｎ＋１個の座標基準点Ｐ０〜Ｐｎが所定のピッチで正方格子状に正確に配列されている。なお、座標基準点Ｐ０〜Ｐｎは正方格子状に配列されている必要は無く、所定の配列で配置されていればよい。
【００４０】
座標補正用ウェハＷＦ０は、図６（Ａ）のようにステージ座標系の座標軸とは多少回転した状態でＸＹステージ３６上に載置されてもよい。但し、ノッチＮＴを所定の方向（図の例では−Ｙ方向）にほぼ向けるようにして、ステージ座標系の座標軸からあまり大きく回転しないようにすることが好ましい。あるいは、図６（Ｂ）のように、ウェハＷＦ０の上にＸ軸およびＹ軸と平行になる直線（図示せず）を描いておき、これらの直線がステージ座標系の座標軸と一致する状態になるようにＸＹステージ３６上に載置してもよい。以下では、主として図６（Ａ）のようにウェハＷＦ０が角度βだけ傾いた状態で載置された場合について説明する。
【００４１】
図５のステップＴ１２では、座標補正用ウェハＷＦ０の中央付近のパターンをカメラ４１によって撮像し、その画像の中から座標補正基準点の位置を検出するためのテンプレート画像を抽出する。図７は、座標補正用ウェハＷＦ０の中央付近のパターンを示す説明図である。ウェハＷＦ０には、同一のパターンＰＴＮ０〜ＰＴＮ５（図７の例では家の形のパターン）が、横方向と縦方向にそれぞれ所定のピッチΔｄ１，Δｄ２で規則正しく配列されている。これらのピッチΔｄ１，Δｄ２は、パターンＰＴＮ０〜ＰＴＮ５を形成するときに予め設定された値である。なお、これらのパターンＰＴＮ０〜ＰＴＮ５は回転対称性が無いので、以下に説明するように、これらのパターンＰＴＮ０〜ＰＴＮ５を用いて座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの方向や位置を正しく決定することができる。
【００４２】
ステップＴ１２においては、まず、カメラ４１の視野Ｗが図７の左下のパターンＰＴＮ０を含むようにＸＹステージ３６を移動させて、その視野Ｗの画像を撮像する。そして、この画像の中において、ユーザがパターンＰＴＮ０を含む領域を指定し、その領域の画像をパターンマッチング用のテンプレート画像ＴＭ０として抽出する。そして、抽出されたテンプレート画像ＴＭ０の所定の基準位置（図７の例では左上点Ｐ０）の実測ステージ座標値（Ｘ０re，Ｙ０re）を取得する。この基準位置Ｐ０（Ｘ０re，Ｙ０re）は、１番目の座標補正基準点として使用される。なお、実測ステージ座標値（Ｘ０re，Ｙ０re）は、ステージ座標読み込み部３５で読取られたステージ座標値（これは例えば視野Ｗの中心位置を示す）と、視野Ｗ内における基準点Ｐ０の位置とから決定される。
【００４３】
ステップＴ１３では、ＸＹステージ３６を移動させることによって、２番目のパターンＰＴＮ１（図７）の位置にカメラ４１の視野Ｗを移動させる。そして、パターンＰＴＮ１を含む画像を撮像し、テンプレート画像ＴＭ０を用いたテンプレートマッチング処理を行う。テンプレート画像ＴＭ０にマッチングする画像ＴＭ１を検出した後に、そのマッチング画像ＴＭ１の左上点（座標補正基準点）Ｐ１の実測ステージ座標値（Ｘ１re，Ｙ１re）も取得する。
【００４４】
２つの座標補正基準点Ｐ０，Ｐ１の実測ステージ座標値から、座標補正用ウェハＷＦ０の回転角度が得られる。この回転角度β（図６（Ａ））と、パターンＰＴＮ０〜ＰＴＮの既知の配列ピッチΔｄ１，Δｄ２とに基づいて、３番目以降の他のパターンの位置を予測することができる。そこで、ステップＴ１３においては、３番目以降のパターンの位置の予測に従ってＸＹステージ３６を移動させ、各位置で画像を撮像し、テンプレート画像ＴＭ０を用いたパターンマッチング処理を行うことによって、３番目以降の座標補正基準点Ｐ２〜Ｐｎの実測ステージ座標値をそれぞれ求める。
【００４５】
なお、上記のステップＴ１２，Ｔ１３の処理から解るように、座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの位置は、座標補正用ウェハＷＦ０上に予め設定されている必要は無く、所定の配列で形成された複数の同一パターンと所定の位置関係にある複数の点を座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎとして設定することができる。このようにして設定された座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎも、横方向と縦方向にそれぞれ所定のピッチΔｄ１，Δｄ２で規則正しく配列されている。
【００４６】
ステップＴ１４では、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの理想ステージ座標値を求める。ここで、「理想ステージ座標値」とは、ＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含まないステージ座標値を言う。一方、上記ステップＴ１２，Ｔ１３で得られた各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの実測ステージ座標値は、ＸＹステージ３６の歪みによる位置ズレ成分を含むステージ座標値である。
【００４７】
図８（Ａ），（Ｂ）は、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの理想ステージ座標値と実測ステージ座標値との関係を示す説明図である。Ｕ軸とＶ軸は、座標補正用ウェハＷＦ０のウェハ座標系の座標軸であり、Ｘ軸とＹ軸はステージ座標系の座標軸である。図８（Ａ）は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレが無いような理想状態を示している。また、図８（Ａ）では、１番目の座標基準点Ｐ０はウェハ座標系の原点に位置しており、ウェハＷＦ０の回転角度が０°であるような、特別な状態を示している。この状態においては、白丸で示す各座標補正基準点Ｐ０id〜Ｐｎidは、Ｕ軸方向とＶ軸方向にそれぞれ所定のピッチΔｄ１，Δｄ２で規則正しく配列されている。図８（Ａ）において各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの後に符号「id」が追加されているのは、理想状態であることを意味している。なお、「理想状態」とは、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレが無いよう状態を意味しており、ウェハＷＦ０が傾いていたり、ＸＹステージ３６の中心から多少ずれている場合も理想状態と言える。
【００４８】
図８（Ｂ）は、現実の各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの位置を示している。この状態では、ウェハ座標系はステージ座標系から反時計方向に角度βだけ回転しており、また、１番目の座標補正基準点Ｐ０の位置が、ステージ座標系の原点Ｏから平行移動している。図８（Ｂ）に白丸で示す座標補正基準点Ｐ０id〜Ｐｎidは、図８（Ａ）のＵ−Ｖ座標系に回転と平行移動とを施して得られる位置を示しており、ステージ歪みによる位置ズレを含まない座標位置を示している。一方、図８（Ｂ）に黒丸で示す各座標補正基準点Ｐ０re〜Ｐｎreは、上述したステップＴ１２，Ｔ１３で実測された位置を示しており、ステージ歪みによる位置ズレを含む実際の座標位置を示している。白丸で示す理想状態の座標補正基準点Ｐ０id〜Ｐｎidと、黒丸で示す現実の座標補正基準点Ｐ０re〜Ｐｎreとの間には、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレ（ΔＸ，ΔＹ）が生じている。
【００４９】
図８（Ｂ）にも示されているように、座標補正用ウェハＷＦ０の中央付近に存在する１番目の座標補正基準点Ｐ０については、理想状態の位置ＰＯidと、現実の位置ＰＯreとが一致しているものと仮定している。ＸＹステージ３６の中央付近では、位置ズレ（ΔＸ，ΔＹ）は無視できる程度なので、このように仮定しても実際上の問題はほとんど無い。このような仮定を用いると、２番目以降の各座標補正基準点の理想ステージ座標値Ｐ１id〜Ｐｎidを、１番目の座標補正基準点Ｐ０のステージ座標値（Ｘ０，Ｙ０）と、座標補正用ウェハＷＦ０の回転角度βと、座標補正基準点同士の既知のピッチΔｄ１，Δｄ２とに基づいて計算できる。すなわち、図８（Ａ）の状態における各点のウェハ座標値を（Ｕ，Ｖ）とすると、図８（Ｂ）の状態における各点の理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）は、次の数式１に示すアフィン変換で与えられる。
【００５０】
【数１】
上記数式１の右辺に、図８（Ａ）のような理想状態における各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの座標値（Ｕ，Ｖ）を代入することによって、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）を求めることができる。
【００５２】
図５のステップＴ１５では、各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎにおける理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）と実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）とが座標補正テーブル１６６に登録される。図９は、座標補正テーブル１６６の内容を示す説明図である。座標補正テーブル１６６には、各座標補正基準点に関して、実測Ｘ座標値Ｘreと、理想Ｘ座標値Ｘidと、Ｘ座標値のズレΔＸ（＝Ｘre−Ｘid）と、実測Ｙ座標値Ｙreと、理想Ｙ座標値Ｙidと、Ｙ座標値のズレΔＹ（＝Ｙre−Ｙid）とが登録されている。なお、座標補正テーブル１６６には、実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）と、理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）と、ズレ（ΔＸ，ΔＹ）と、の３つのデータのうちの２つが少なくとも登録されていればよい。
【００５３】
このような座標補正テーブル１６６は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレを補正するために使用できる。すなわち、或る対象点の実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）が得られたときに、この実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）からズレ（ΔＸ，ΔＹ）を減算すれば、対応する理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙre）を求めることができる。逆に、或る対象点の理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）が得られたときに、この理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）にズレ（ΔＸ，ΔＹ）を加算すれば、対応する実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を求めることができる。
【００５４】
Ｄ．測定点位置の登録処理（ステップＴ３）の詳細：
図１０は、図４のステップＴ３の詳細手順を示すフローチャートである。このステップＴ３では、基準ウェハＷＦ１（図３（Ｂ））を用いて複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の位置が設定される。なお、ステップＴ３に先だち、ステップＴ２（図４）において基準ウェハＷＦ１に関するプリアライメント前処理が行われており、この結果、ウェハ座標系とステージ座標系の座標変換に用いられる座標変換係数が得られている。このプリアライメント前処理の詳細については後述する。
【００５５】
図１０のステップＴ２１では、最初の測定点ＰＭ１をカメラ４１の視野内に含む位置にＸＹステージ３６を移動させる。そして、測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を取得する。この動作は、ユーザが操作部３２（図１）を操作することによって実行される。
【００５６】
ステップＴ２２では、この測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を座標補正テーブル１６６で補正することによって、その理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）を求める。図１１（Ａ），（Ｂ）は、ステップＴ２２における座標補正処理の内容を示す説明図である。図１１（Ａ）は、測定点ＰＭ１の実測位置ＰＭ１reと、その近傍の４つの座標補正基準点Ｑ１re〜Ｑ４reとを示している。ここで、座標補正基準点Ｑ１re〜Ｑ４reは、図３（Ａ）に示すｎ＋１個の座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの中の４つであるが、図１１では図示の便宜上、図３（Ａ）とは異なる符号を使用している。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す点に加えて、測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値で示される位置の点ＰＭidと、その周辺の４つの座標補正基準点の理想ステージ座標値で示される位置の点Ｑ１id〜Ｑ４idを描いた図である。測定点ＰＭ１reの実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）は、測定点ＰＭ１reに最も近い３つの座標補正基準点Ｑ１re，Ｑ２re，Ｑ３reに関する座標補正テーブル１６６の登録内容に基づいて補正される。
【００５７】
図１２は、座標補正テーブル１６６における４つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ４の登録内容を示している。この実施例では、実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）が解っている任意の対象点における位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）は、次の数式２で与えられるものと仮定する。
【００５８】
【数２】
数式２の係数ａ〜ｆは、上記数式２に、３つの座標補正基準点Ｑ１re〜Ｑ３reの実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）と、それぞれの位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）とを代入して得られる６元連立方程式を解くことによって決定することができる。こうして決定された係数ａ〜ｆを用いて、数式２に測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値を代入すれば、測定点ＰＭ１の位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）が得られる。そして、この位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）を測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）から減算すれば、測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）を求めることができる。
【００６０】
なお、上記数式２では、測定点ＰＭ１reに最も近い３つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ３における座標補正情報に基づいて、測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値を補正したが、測定点ＰＭ１に最も近い４つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ４における座標補正情報に基づいて測定点ＰＭ１の実測ステージ座標値を補正することも可能である。一般には、測定点の近傍に存在する３つ以上の座標補正基準点における座標補正情報に基づいて、測定点のステージ座標値を補正することが可能である。
【００６１】
図１０のステップＴ２３では、測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値を座標変換することによって、ウェハ座標系の座標値を求める。この座標変換は、前述した数式１と同様のアフィン変換を用いて実行される。なお、このアフィン変換の変換係数は、ステップＴ２（図４）におけるプリアライメント前処理において予め決定されている。
【００６２】
図１０のステップＴ２４では、他の測定点を設定するか否かをユーザが判断し、他の測定点を設定する場合には、ステップＴ２１に戻って上述したステップＴ２１〜Ｔ２３の処理を繰り返す。こうして、基準ウェハＷＦ１の上にすべての測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の位置が設定され、それらのウェハ座標値がアライメント情報１３９（図１）として登録される。こうして登録された各測定点のウェハ座標値は、ステージ歪みに起因する位置ズレを含まない理想状態におけるウェハ上の測定点の位置を示している。
【００６３】
Ｅ．測定点位置の決定処理（ステップＴ５）の詳細：
図１３は、図４のステップＴ５の詳細手順を示すフローチャートである。このステップＴ５では、被測定ウェハＷＦ２（図３（Ｃ））を用いて複数の測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の位置に測定プローブを位置決めする処理が実行される。なお、ステップＴ５に先だち、ステップＴ４（図４）において被測定ウェハＷＦ２に関するプリアライメント処理が行われており、この結果、ウェハ座標系とステージ座標系の座標変換に用いられる座標変換係数が得られている。このプリアライメント処理の詳細については後述する。
【００６４】
図１３のステップＴ３１においては、最初の測定点ＰＭ１のウェハ座標値を座標変換することによって、その理想ステージ座標値を求める。ステップＴ３２では、この測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値を、座標補正テーブル１６６で補正することによって、補正ステージ座標値を求める。この補正ステージ座標値は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレ成分を含む座標値であり、上述したステップＴ１，Ｔ３における実測ステージ座標値と同じ意味を有している。
【００６５】
図１４は、ステップＴ３２で使用される座標補正テーブル１６６の内容を示している。この座標補正テーブル１６６の内容は、前述した図９および図１２と同じものであり、図９とは符号の使用の仕方が異なっているだけである。この実施例では、理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）が解っている任意の対象点における位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）は、次の数式３で与えられると仮定する。
【００６６】
【数３】
数式３の係数ｇ〜ｌは、上記数式３に、３つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ３に関する理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）と、それぞれの位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）とを代入して得られる６元連立方程式を解くことによって決定することができる。こうして決定された係数ｇ〜ｌを用いて、数式３に測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値を代入すれば、測定点ＰＭ１の位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）が得られる。そして、この位置ズレ成分（ΔＸ，ΔＹ）を測定点ＰＭ１の理想ステージ座標値（Ｘid，Ｙid）に加算すれば、測定点ＰＭ１の補正ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を求めることができる。
【００６８】
図１３のステップＴ３３では、こうして得られた測定点ＰＭ１の補正ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）を用いて測定プローブの位置決めを行い、所定の測定（例えば膜厚測定）を実行する。補正ステージ座標値（Ｘre，Ｙre）は、ＸＹステージ３６の歪みに起因する位置ズレ成分を含んでいるので、測定プローブを正確に位置決めすることが可能である。
【００６９】
このように、上述の実施例では、座標補正用ウェハＷＦ０を用いて、ＸＹステージ３６上の複数の座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎにおける座標値と位置ズレとの関係を示す座標補正テーブル１６６を作成したので、この座標補正テーブル１６６を用いることによって、実測ステージ座標値を理想ステージ座標値に補正したり（ステップＴ３）、逆に、理想ステージ座標値を実測ステージ座標値に補正したり（ステップＴ５）することができる。このような補正処理を利用して、測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の設定時（ステップＴ３）においては、各測定点ＰＭ１〜ＰＭ１５の実測ステージ座標値を理想ステージ座標値に補正し、これをウェハ座標値に変換して登録することができる。そして、測定点の位置決め時（ステップＴ５）においては、各測定点のウェハ座標値を理想ステージ座標値に逆変換し、これを座標補正テーブル１６６で補正して実測ステージ座標値（補正ステージ座標値）を得ることができる。この結果、ＸＹステージ３６上における基準ウェハＷＦ１と被測定ウェハＷＦ２との載置状態（位置や方位）が異なっていても、被測定ウェハＷＦ２上の各測定点の実際の位置に測定プローブを正しく位置決めすることが可能である。
【００７０】
Ｅ．基準ウェハを用いたプリアライメント前処理：
図１５および図１６は、基準ウェハＷＦ１を用いたプリアライメント前処理の手順を示すフローチャートである。図１５のステップＳ１では、ウェハのチップ寸法と、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のチップ個数とをユーザが入力する。
【００７１】
図１７は、半導体ウェハの表面に形成されたチップの配列を示す概念図である。半導体ウェハＷＦの表面上には、同一サイズの矩形の複数のチップＣＰがタイル状に配置される。Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ったチップ個数の偶数と奇数の組合わせは、偶数−偶数、奇数−偶数、偶数−奇数、奇数−奇数の４通りある。図１７（Ａ）は偶数−偶数の例であり、図１７（Ｂ）は、偶数−奇数の例である。このような４通りの組み合わせのいずれであるかの情報と、チップの縦横のピッチＬＸ，ＬＹから、ウェハの中心Ｏを基準にして、中心付近のチップの位置を算出することができる。従って、ステップＳ１では、少なくともチップ個数の４通りの組合わせのいずれであるかを示す情報と、チップのピッチＬＸ，ＬＹを示す情報とが入力される。
【００７２】
図１５のステップＳ２では、基準ウェハＷＦ１の中心位置において多階調画像（グレー画像）がカメラ４１によって取り込まれる。ウェハが最初にＸＹステージ３６上に載置される時には、図１７に示すように、ウェハの外周が、ＸＹステージ３６のウェハ保持アーム３６ａ，３６ｂで保持されて、ＸＹステージ３６のほぼ中央に位置決めされる。この状態において、カメラ４１によって撮像すると、ウェハの中心付近の画像を得ることができる。
【００７３】
図１８は、ウェハの中心付近を拡大して示す概念図である。この実施例では、各チップＣＰの右上の角に、他の３つの角にはない特徴的なパターンＰＴが形成されているものとする。このパターンＰＴを含む画像部分は、後述するパターンマッチングにおいて、第１のテンプレート画像として利用される。チップＣＰは、直交するスクライブラインＳＬによって区分されている。ウェハ表面を撮像して得られた多階調画像では、スクライブラインＳＬは暗領域として識別されることもあり、あるいは、明領域として識別されることもある。いずれの場合においても、スクライブラインＳＬは、チップＣＰとは明度が異なる領域として識別可能である。
【００７４】
図１８には、チップ個数の４種類の組み合わせに応じたカメラ４１の視野Ｗ１〜Ｗ４の位置が例示されている。前述したように、カメラ４１の視野サイズは、チップ１個分のサイズよりも小さいので、視野内に１個のチップがすべて含まれることはない。第１の視野Ｗ１は、チップ個数が偶数−偶数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ１は、スクライブラインＳＬの交点のほぼ中心に位置している。第２の視野Ｗ２は、チップ個数が偶数−奇数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ２は、２つのチップに挟まれた位置にある。第３の視野Ｗ３は、チップ個数が奇数−偶数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ３も、チップに挟まれた位置にある。第４の視野Ｗ４は、チップ個数が奇数−奇数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ４も、２つのチップのほぼ中央に挟まれた位置にある。なお、実際には、基準ウェハは図１８の位置から回転しているので、視野Ｗ１〜Ｗ４は、スクライブラインＳＬで示される正規の方位から傾いた状態となる。
【００７５】
図１５のステップＳ２では、ウェハの中心位置において画像を取り込むので、図１８の視野Ｗ１〜Ｗ４のいずれかの位置における画像が得られる。この画像は、次のステップＳ３において、画像内に含まれる直線部分（スクライブラインＳＬ等）を認識するために使用される。チップの個数が奇数−奇数の場合には、図１８の第４の視野Ｗ４のように直線部分が含まれない可能性が高い。そこで、この場合には、チップのピッチＬＸまたはＬＹの１／２だけウェハの中心からずらした位置において撮像するようにしてもよい。
【００７６】
図１５のステップＳ３では、等価回転方向決定手段１５０（図２）が、画像に含まれる直線エッジ情報を検出するとともに、その直線エッジ情報から、基準ウェハの粗回転角度を決定する。「粗回転角度」とは、直線エッジ情報から得られる比較的低精度の回転角度を意味する。直線エッジ情報の抽出方法としては、以下に説明する１次元投影法やソベルオペレータ法等を利用することができる。
【００７７】
図１９は、１次元投影法による直線エッジ情報の検出処理を示す説明図である。図１９には、水平方向にのみ直線部分が存在する２次元多階調画像が示されている。１次元投影法では、この２次元多階調画像を種々の方向に１次元投影して、画素値を加算する。直線部分に平行な方向に投影した場合には、直線部分が存在する座標における画素値が大きなピーク値を持つ。一方、直線部分と平行でない方向に投影した場合には、加算された画素値のピーク値はこれよりも小さくなる。このように、２次元画像をさまざまな方向に１次元投影して、画素値の累算値のピーク値が最大となる投影方向を、直線部分の方向として決定することができる。投影方向は、１８０°の範囲にわたる複数の投影方向を選択するようにすればよい。この直線部分の方向から、粗回転角度が決定される。例えば、ステージ座標系（ＸＹステージ３６に固定された座標系）の所定の方向（例えば時計の３時方向）を基準方向として、この基準方向から反時計回りに直線部分の方向まで測った角度を粗回転角度とすることができる。
【００７８】
図２０ないし図２２は、ソベルオペレータ法による直線エッジ情報の検出処理を示す説明図である。図２０は、ソベルオペレータによる画像処理の方法を示している。ソベルオペレータ法では、まず、図２０（Ａ−１）または（Ａ−２）に示すような、エッジ画素を含む所定サイズの画素ブロック（図２０の例では、３×３ブロック）を多階調画像の中から選択する。ここで、「エッジ画素」は、「８近傍の画素のうちで、少なくとも１つの画素の画素値が、自分自身（図２０（Ａ−１），（Ａ−２）の中心画素）の画素値と異なっており、かつ、画像の境界上にない画素」と定義される。図２０（Ａ−１）では、画像の角部分の画素がエッジ画素として認識される状態を示しており、図２０（Ａ−２）では、直線部分の画素がエッジ画素として認識される状態を示している。エッジ画素の識別は、３×３ブロックを多階調画像内で走査し、ブロックの中央画素が上記の定義に合致するか否かを判断することによって行なわれる。
【００７９】
図２０（Ｂ−１），（Ｂ−２）は、水平方向と垂直方向のソベルオペレータをそれぞれ示している。エッジ画素を含む３×３ブロックに対して、これらの水平方向オペレータと垂直方向オペレータとをそれぞれ作用させることによって、水平エッジ値と垂直エッジ値とがそれぞれ求められる。図２０（Ｃ）は、水平方向オペレータを作用させた場合の演算の例を示している。水平方向オペレータを３×３ブロックの画素値に作用させると水平エッジ値が得られ、同様にして、垂直方向オペレータを３×３ブロックの画素値に作用させると垂直エッジ値が得られる。
【００８０】
図２１は、ソベルオペレータを用いて得られた水平エッジ値ｘと垂直エッジ値ｙとから、画像の直線部分の角度を算出する方法を示す説明図である。図２１（Ａ）に示すように、画像の直線部分の角度αは、ｔａｎ−１（ｙ／ｘ）で与えられる。ここで、角度αは、水平右向き方向（時計の３時方向）から反時計回りに測った角度である。例えば、図２１（Ｂ）の例では、垂直エッジ値が０であり水平エッジ値が４なので、角度αは０°であると判定できる。また、図２１（Ｃ）の例では、垂直エッジ値と水平エッジ値がいずれも１なので、角度αは４５°であると判定できる。なお、角度αは０°〜１８０°の範囲の値を取るものとする。１８０°〜３６０°の範囲は、０°〜１８０°の範囲と等価である。
【００８１】
図２２は、処理対象となる多階調画像の一例と、この多階調画像からソベルオペレータ法によって検出された角度αのヒストグラムを示す説明図である。図２２（Ａ）に示す多階調画像内において、図２０（Ａ−１）または図２０（Ａ−２）のようなエッジ画素を中心画素とする３×３ブロックを検出し、エッジ画素を含む各３×３ブロックについて図２１に示す方法で角度αを決定する。図２２（Ｂ）は、このようして多数の３×３ブロックについて得られた角度αの頻度を示すヒストグラムである。この例では、４０°と１３０°の位置にピークが存在し、４０°の位置のピークが最大である。この時、最大ピーク位置の角度α１を、多階調画像内の直線部分の回転方向を示す粗回転角度であるとして採用する。
【００８２】
なお、上述した１次元投影法やソベルオペレータ法を用いて検出された粗回転角度α１には、９０°の整数倍異なる４つの等価な角度が存在する。換言すれば、粗回転角度α１は、１／４の不確定さを有している。図２３は、４つの等価回転角度を示す説明図である。図２３（Ａ）に示すように、カメラ４１の視野Ｗ内にスクライブラインＳＬの交点付近の画像が見えている場合を考える。この実施例ではカメラ４１の視野サイズがチップサイズに比べて小さいので、チップの回転方向が図２３（Ｂ）〜（Ｅ）の４種類のいずれであるかを画像データから特定することができない。従って、ウェハの正しい回転角度は、９０°おきの４つの等価な回転角度の中の１つである。図３のステップＳ３においては、この４つの等価な回転角度の少なくとも１つを粗回転角度として検出する。等価な回転角度の１つが検出できれば、他の等価な回転角度も検出できたものと考えることができる。
【００８３】
なお、ステップＳ３において得られる直線エッジ情報とその粗回転角度は、ほとんどの場合はスクライブラインＳＬのものである。但し、スクライブラインＳＬに限らず、ウェハの多階調画像内に存在する直線的な画像部分に関する直線エッジ情報やその粗回転角度を検出してもよい。チップ内の回路が有する直線的な部分は、スクライブラインＳＬに平行なものがほとんどである。従って、スクライブラインＳＬ以外の直線的画像部分を検出しても、ウェハの粗回転角度を求めることができる。
【００８４】
ステップＳ４では、ステップＳ３で検出された直線エッジ情報が信頼できるか否かが判定される。この判定は、例えば、図１９に示す１次元投影法を用いた場合には、累算画素値のピーク値が所定の閾値以上であるか否かによって行なうことができる。また、図２０〜図２２に示すソベルオペレータ法を用いた場合には、図２２（Ｂ）のヒストグラムのピーク値が所定の閾値以上であるか否かによって判定することができる。あるいは、モニタ１３６にウェハの画像を表示しておけば、はっきりとした直線エッジが画像内に含まれるか否かをユーザが目視で判定することができる。直線エッジ情報が信頼できないものである場合には、ステップＳ５において、ＸＹステージ３６を所定量（例えば１視野分）だけ移動させ、ウェハ中心付近の別の位置において多階調画像を取り込む。そして、ステップＳ３を再度実行することによって直線エッジ情報を検出し、粗回転角度α１を求める。
【００８５】
こうして、粗回転角度α１が求められると、ステップＳ６において、撮像位置決定手段１５２が、ウェハの中心付近においてスクライブラインＳＬの交点位置を視野に含むように、ＸＹステージ３６の目標位置座標を算出して移動させる。前述したように、Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ったチップの個数の４種類の組み合わせ（偶数−偶数、偶数−奇数、奇数−偶数、奇数−奇数）によって、ウェハの中心における初期の視野の位置は図１８に示す４つの視野Ｗ〜Ｗ４の位置にほぼ決まっている。撮像位置決定手段１５２（図２）は、ステップＳ３で得られた粗回転角度α１と、チップの寸法（ピッチＬＸ，ＬＹ）と、チップの個数情報から、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれどの程度移動させればスクライブラインＳＬの交点位置を視野内に含む位置に移動できるかを算出する。画像処理ユニット５０は、この移動量を制御部３３（図１）に通知して、ＸＹステージ３６を移動させる。その後、カメラ４１によって多階調画像を再度撮像する。なお、粗回転角度α１には１／４の不確定さがあるので、１回の移動によって、視野の中心がスクライブラインＳＬの交点位置に到達できるとは限らない。この場合には、例えばウェハの中央位置を中心として９０°回転した方向に移動方向を変更して、同じ距離だけ移動すれば、スクライブラインＳＬの交点位置に視野（すなわち撮像領域）の中心を移動させることができる。図２４は、スクライブラインＳＬの交点位置に視野の中心を移動させた状態を示している。図２４に示したように、ウェハの直線部分（スクライブラインＳＬ）の方向は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから粗回転角度α１だけ回転している。ステップＳ６においてカメラ４１で取り込んだ画像はモニタ１３６に表示される。
【００８６】
図１５のステップＳ７では、ステップＳ６で取り込まれた画像を時計回りに粗回転角度α１だけ回転させる画像処理を行う。ステップＳ８では、撮像位置決定手段１５２が、スクライブラインＳＬの交点Ｐａの正確な位置（座標値）の実測値を求めて、これを保存する。スクライブラインＳＬの交点位置の座標は、後に、基準ウェハＷＦ１の位置合わせ基準点を決定する際に使用される。基準ウェハのスクライブラインＳＬの交点位置は、例えば、図２４に示す、カメラ４１の視野Ｗａの中心点Ｐａの座標で代表される。この点Ｐａの位置は、ユーザがモニタ１３６に表示された画像上において、マウス等のポインティングデバイスを用い、カーソルを移動させて指定することができる。あるいは、カメラ４１で取り込んだ多階調画像を処理することによって、スクライブラインＳＬの交点の中心位置の座標を自動的に決定することも可能である。画像処理で交点の中心位置を求める場合には、まず、前述したステップＳ３と同様な方法に従って直線エッジを検出する。そして、スクライブラインＳＬのエッジを近似した直線を求める。さらに、これらの近似直線で構成される４つの角部の中心位置を、スクライブラインＳＬの交点位置として決定する。なお、視野Ｗａの中心位置の座標は、ステージ座標読み込み部３５（図１）で取り込まれたステージ座標系の座標（ステージに固定された座標）である。視野Ｗａ（すなわち取込まれた画像）内の任意の位置のステージ座標系の座標は、この座標値から容易に算出できる。
【００８７】
第１のテンプレート画像ＭＰａの基準点Ｑａと、スクライブライン交点Ｐａとの座標値のオフセット（δｘ，δｙ）は、アライメント情報ファイル１３９に保存される。
【００８８】
ステップＳ９では、ステップＳ７で回転した画像の中からパターンマッチング用の第１のテンプレート画像（モデルパターンとも呼ぶ）を切り出して登録する。図２５は、第１のテンプレート画像ＭＰａの登録の様子を示す説明図である。ステップＳ７では、まず、スクライブラインＳＬ交点位置における多階調画像（図２５（Ａ））を、図２５（Ｂ）に示すように粗回転角度α１だけ時計回りに回転させて、回転後の画像をモニタ１３６に表示する。画像の回転は、アフィン変換によって実行される。ユーザは、表示された画像を観察して、テンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンが存在するか否かを判断する。テンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンとは、その画像パターンの向きから、粗回転角度α１として等価な４つ等価回転角度の中の１つを選択できるような画像パターンを意味する。テンプレート画像ＭＰａとしては、９０°の整数倍の回転対称性が無い画像パターンが好ましい。換言すれば、９０°の整数倍の回転対称性（９０°，１８０°，２７０°の回転対称性）のいずれかを有する画像パターンは、テンプレート画像ＭＰａとしては不適切である。スクライブラインＳＬの交点付近の視野Ｗａには、隣接する４つのチップのそれぞれの角部が含まれるので、これらの４つの角部の内の１つにのみ含まれる特有の画像パターンを第１のテンプレート画像ＭＰａとして登録することができる。
【００８９】
現在の視野Ｗａ内にテンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンが存在しない場合には、カメラ４１で取り込んだ画像をモニタ１３６に表示して観察しながら、ＸＹステージ３６を少しずつ移動させる。そして、テンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンが視野内に入る状態に設定する。
【００９０】
現在の視野Ｗａ内にテンプレート画像ＭＰａとして使用できる画像パターンが存在する場合には、図２５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、回転後の画像内からテンプレート画像ＭＰａとして登録する領域を切り出す。テンプレート画像ＭＰａの範囲は、ユーザがマウス等のポインティングデバイスを用いて指定する。テンプレート画像ＭＰａは、スクライブラインＳＬの交点付近に存在すれば望ましいが、必ずしも交点付近に存在しなくても良い。
【００９１】
図１５のステップＳ１０では、第１のテンプレート画像ＭＰａの画像と、テンプレート画像ＭＰａの所定位置にある基準点（例えば図２５（ｃ）に示す左上点Ｑａ）の座標が磁気ディスク１３８内のアライメント情報ファイル１３９（図２）に登録される。なお、基準点Ｑａの座標は、例えばステージ座標系の座標値で表わされる。
【００９２】
図１６のステップＳ１１では、ユーザが、回転して切り出したテンプレート画像ＭＰａの所定の方向（例えば時計の３時の方向）を、ウェハ座標系の基準方向（０°方向）Ｄw1と定めることによって、粗回転角度α１の不確定性を取り除く。例えば、図２５（Ｂ）に示すように、粗回転角度α１だけ時計廻りに回転した画像において、時計の３時方向がウェハ座標系の基準方向Ｄw1として設定される。なお、ユーザが指定せずに、自動的に時計の３時方向が基準方向Ｄw1として設定されるようにしてもよい。ウェハの回転角度は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の基準方向Ｄw1までの角度である。従って、図２５（Ｂ）の場合には、基準ウェハの回転角度は、粗回転角度α１に等しい。なお、ウェハ座標系の基準方向を、時計の３時方向以外の方向に選択した場合には、基準ウェハの回転角度はα１とは異なる値となる。しかし、この場合にも、粗回転角度α１に所定の値を加算または減算した値が基準ウェハの回転角度になる。例えば、図２５（Ｂ）の状態において、時計の１２時方向がウェハ座標系の基準方向として選択された場合には、基準ウェハの回転角度は、（α１＋９０°）となる。図１６のステップＳ１２では、この回転角度α１の値がアライメント情報ファイル１３９に保存される。
【００９３】
ステップＳ１３では、隣接するチップのスクライブライン交点位置に撮像領域が来るようにＸＹステージ３６を移動させて画像を撮像する。ステップＳ１４では、この画像について、パターンマッチングを行なうことによって、第１のテンプレート画像ＭＰａと同じ画像パターン（マッチングパターン）を検出する。図２６は、ステップＳ１３，Ｓ１４の処理内容を示す説明図である。この例では、第１のテンプレート画像ＭＰａの登録を行なった交点位置から斜め右下に隣接する交点位置に視野Ｗｂを移動させている。隣接するチップのスクライブライン交点位置は、縦、横、斜めのいずれの方向に隣接していてもよい。この視野（撮像領域）Ｗｂにおける画像の中から、第１のテンプレート画像ＭＰａにマッチングするマッチングパターンＭＰｂを検出する。
【００９４】
ステップＳ１４では、マッチングパターンＭＰｂを検出した後に、その基準点Ｑｂの座標も算出する。そして、２つの画像パターンＭＰａ，ＭＰｂの基準点Ｑａ，Ｑｂ同士を結ぶ直線Ｌ１の方向として、第２の基準点Ｑｂから第１の基準点Ｑａに向う方向（基準点の連結方向）ＤL1を特定する。また、この連結方向ＤL1の回転角度（ステージ座標系の基準方向Ｄｓから反時計回りに測った角度）θ１を算出する。なお、基準点Ｑａ，Ｑｂの座標は、ステージ座標系の座標として求められているので、連結方向ＤL1の回転角度θ１は、これらの座標から簡単な計算で求めることができる。
【００９５】
この実施例では、図２５（Ｂ）に示す粗回転角度α１の代りに、基準点の連結方向ＤL1の回転角度θ１を基準ウェハの回転角度として使用する。２つの回転角度α１，θ１の違いは、ウェハ座標系の基準方向としてどの方向を選択するか、に起因するものであり、いずれを回転角度として定義してもよい。但し、画像パターンの基準点の連結方向の回転角度θ１の方が、粗回転角度α１よりも高精度に決定できるという利点がある。前述した図３（Ｂ）に示されている回転角度θ１は、この基準点の連結方向ＤL1で定義される回転角度である。
【００９６】
図１６のステップＳ１６では、第２のスクライブライン交点Ｐｂ（図２６）の位置が決定され、アライメント情報ファイル１３９に保存される。例えば、第２のスクライブライン交点ＰｂとマッチングパターンＭＰｂとの位置関係は、第１のスクライブライン交点Ｐａとテンプレート画像ＭＰａとの位置関係と等しいものと仮定される。従って、第２のスクライブライン交点Ｐｂの位置は、マッチングパターンＭＰｂの基準点Ｑｂの位置と、第１のスクライブライン交点Ｐａとテンプレート画像ＭＰａの基準点Ｑａの相対位置とに基づいて算出される。
【００９７】
あるいは、第１のスクライブライン交点Ｐａの決定方法と同様の方法によって、第２のスクライブライン交点Ｐｂの位置を決定するようにしても良い。すなわち、第２のスクライブライン交点Ｐｂの位置を、ユーザが指定してもよく、また、第２の視野Ｗｂ内の画像を解析することによって、第２のスクライブライン交点Ｐｂの位置を自動的に決定するようにしてもよい。
【００９８】
図１６のステップＳ１７では、２つのスクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂの中点Ｐａｂの座標が算出され、位置合わせ基準点（図３（Ｂ）の点ＲＰ）としてアライメント情報ファイル１３９に保存される。この位置合わせ基準点Ｐａｂは、各測定点の位置を決定するときの原点（すなわちウェハ座標系の座標原点）として使用される。この実施例では、位置合わせ基準点Ｐａｂの座標が、スクライブラインで規定される格子の互いに対角方向にある２つのスクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂの座標から決定されているので、その位置を高精度に設定することができる。
【００９９】
なお、位置合わせ基準点としては、この他にも種々の設定方法がある。例えば、２つの画像パターンＭＰａ，ＭＰｂの基準点Ｑａ，Ｑｂの中点Ｑａｂを位置合わせ基準点として使用することもできる。さらに、スクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂと基準点Ｑａ，Ｑｂの中の１つの点を、位置合わせ基準点として選択することも可能である。
【０１００】
以上の基準ウェハに関する前処理によって、アライメント情報ファイル１３９内に以下の情報が登録される。
（ａ）基準ウェハの粗回転角度α１と、高精度な回転角度θ１；
（ｂ）第１のテンプレート画像ＭＰａの画像データ；
（ｃ）テンプレート画像の基準点Ｑａ，Ｑｂの座標値；
（ｄ）テンプレート画像の基準点Ｑａ，Ｑｂからそれぞれのスクライブライン交点Ｐａ，Ｐｂまでの座標のオフセット（δｘ，δｙ）；
（ｅ）位置合わせ基準点Ｐａｂの座標値。
【０１０１】
これらの情報は、ステージ座標系とウェハ座標系との対応関係を決定するために用いられる情報（「座標系対応関係決定情報」と呼ぶ）である。この座標系対応関係決定情報を用いることによって、ステージ座標系と基準ウェハＷＦ１のウェハ座標系とをアフィン変換によって相互に座標変換することができる。また、後述するように、この座標系対応関係決定情報を用いて、ステージ座標系と被測定ウェハのウェハ座標系との対応関係を求めることができる。
【０１０２】
Ｆ．被測定ウェハを用いたプリアライメント処理：
図２７および図２８は、被測定ウェハのプリアライメント処理の手順を示す説明図である。ステップＳ１〜Ｓ６までの処理は、図１５に示した基準ウェハに関するプリアライメント前処理と同じである。これによって、ウェハの中心近くのスクライブライン交点の画像が取り込まれる。図２９は、被測定ウェハに設定された視野の一例を示している。ここでは、視野Ｗｃを撮像領域とした画像が取込まれる。図２７のステップＳ３においては、図２９に示す粗回転角度α２prが検出されている。なお、この粗回転角度α２prは、９０°の整数倍の不確定さを有している。被測定ウェハにおいては、不確定さを取除く前の粗回転角度を「予備回転角度」とも呼ぶ。この名前は、不確定さを含む予備的な回転角度であることを意味している。
【０１０３】
ステップＳ３１では、パターンマッチング手段１５４（図２）が、この視野Ｗｃ内の画像に関して、基準ウェハの前処理において登録された第１のテンプレート画像ＭＰａを用いたパターンマッチング処理を行なう。
【０１０４】
図３０は、被測定ウェハに関するパターンマッチングの方法を示す説明図である。まず、図３０（Ａ）に示す読み取られた画像を、アフィン変換によって予備回転角度α２prだけ時計廻りに回転して、図３０（Ｂ）に示すような画像を作成する。そして、回転後の画像内において、第１のテンプレート画像ＭＰａとマッチングする画像パターンをパターンマッチング処理によって検出する。この時、図３０（Ｃ）に示すように、９０°ずつ回転した４つのテンプレート画像を予め作成しておくことが好ましい。そして、これらの４つのテンプレート画像の中で、マッチング度が最も高くなるテンプレート画像を決定し、これにマッチングした画像パターン（マッチングパターン）の基準点の座標を決定する。図３０（Ｂ）の例では、１８０°回転のテンプレート画像のマッチング度が最も高い。従って、この被測定ウェハの粗回転角度α２は、（α２pr＋１８０°）であることが決定される。すなわち、テンプレート画像を用いたパターンマッチングによって、予備回転角度α２prの不確定さを解消して、粗回転角度α２の値を決定することができる。なお、回転対称な４つのテンプレート画像に関連付けられた角度（０°、９０°、１８０°、２７０°）のうち、パターンマッチングによって選択された角度を、以下では「マッチング角度」と呼ぶ。
【０１０５】
図３１は、被測定ウェハの予備回転角度α２prと粗回転角度α２との関係を示す説明図である。予備回転角度α２prは、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、被測定ウェハの直線部分（スクライブラインＳＬ）の方向まで反時計回りに測った角度である。粗回転角度α２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の基準方向Ｄw2まで反時計回りに測った角度である。ウェハ座標系の基準方向Ｄw2は、マッチングパターンＭＰｃが正立（図３０（Ｃ）の最初のテンプレート画像の向きに）した時に、時計の３時方向を向く方向であると定義されている。予備回転角度α２prは、ウェハの直線部分から決定されていただけなので、この例では、予備回転角度α２prと粗回転角度α２とは１８０°の差がある。もちろん、これらの角度α２pr，α２が等しい場合もある。
【０１０６】
図２７のステップＳ３２では、マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃの座標がアライメント情報ファイル１３９に保存される。図２８のステップＳ３３では、被測定ウェハの回転角度の不確定さを解消して、その相対回転角度Δαを求める。ここで、被測定ウェハの相対回転角度Δαは、非測定ウェハの粗回転角度α２と、基準ウェハの粗回転角度α１との差分（α２−α１）として定義される。
【０１０７】
被測定ウェハ内の各測定点の位置は、この相対的な回転角度Δαを用いて決定することもできる。しかし、この実施例では、以下の手順により、基準ウェハとの相対的な回転角度をより正確に求めることによって、各測定点の位置をより正確に決定している。
【０１０８】
ステップＳ３４では、パターンマッチングの結果から、マッチングパターンＭＰｃの近傍にある第１のスクライブライン交点Ｐｃ（図３１）の位置を算出する。図３２は、マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃと、第１のスクライブライン交点Ｐｃとの関係を示す説明図である。前述したように、パターンマッチング処理では、図３２（ａ）〜（ｄ）に示す４つのマッチング角度のいずれか１つにおいて、画像パターンがマッチングすることが確認される。スクライブライン交点Ｐｃの座標（Ｘｃ，Ｙｃ）は、マッチング角度に応じてそれぞれ以下のように算出される。
【０１０９】
（ａ）マッチング角度が０度の場合：
Ｘｃ＝Ｘｓ＋δｘ，Ｙｃ＝Ｙｓ＋δｙ
【０１１０】
（ｂ）マッチング角度が９０度の場合：
Ｘｃ＝Ｘｓ＋δｙ，Ｙｃ＝Ｙｓ−δｘ
【０１１１】
（ｃ）マッチング角度が１８０度の場合：
Ｘｃ＝Ｘｓ−δｘ，Ｙｃ＝Ｙｓ−δｙ
【０１１２】
（ｄ）マッチング角度が２７０度の場合：
Ｘｃ＝Ｘｓ−δｙ，Ｙｃ＝Ｙｓ＋δｘ
【０１１３】
ここで、δｘ，δｙは、前述した基準ウェハのプリアライメント前処理において求められていた、テンプレート画像ＭＰａの基準点Ｑａ（図２６）と、その近傍のスクライブライン交点Ｐａとの座標のオフセットである。この座標のオフセット（δｘ，δｙ）を用いることによって、マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃから、スクライブライン交点Ｐｃの座標を上記のように算出することができる。なお、図３２に示す関係は、被測定ウェハＷＦ２を予備回転角度α２prだけ回転させた状態のものなので、上記の４つの式の各座標値としては、予備回転角度α２prだけ回転するようにアフィン変換を行った値が使用される。
【０１１４】
図２８のステップＳ３５では、２つの目のスクライブライン交点を視野内に含む位置に被測定ウェハＷＦ２を移動させる。図３３は、被測定ウェハにおいて設定された２つの視野の関係を示す説明図である。被測定ウェハの２つのスクライブライン交点Ｐｃ，Ｐｄの位置関係は、ウェハ座標系において、基準ウェハの２つのスクライブライン交点位置Ｐａ，Ｐｂの位置関係と同じである。従って、２番目のスクライブライン交点Ｐｄは、最初のスクライブライン交点Ｐｃから、基準ウェハの直線Ｌ１に相当する直線Ｌ２の方向に沿った方向に存在する。２番目のスクライブライン交点ＰｄにＸＹステージ３６を移動させる移動量は、基準ウェハの２つの基準点Ｑａ，Ｑｂの座標値の差分と同じである。こうして、図３３の２番目の視野Ｗｄが設定される。
【０１１５】
図２８のステップＳ３６では、２番目の視野Ｗｄの画像が読み取られ、粗回転角度α２だけ画像をアフィン変換で回転するとともに、回転後の画像に関してパターンマッチングを実行する。このパターンマッチングでは、第１のテンプレート画像ＭＰａと最も一致したマッチングパターンＭＰｄの基準点Ｑｄ（図３３）の座標が得られる。
【０１１６】
ステップＳ３７では、回転方向決定手段１５８（図２）が、２つの基準点Ｑｃ，Ｑｄの連結方向ＤL2の回転角度θ２を求める。この回転角度θ２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、基準点の連結方向ＤL2まで反時計回りに測定した角度である。
【０１１７】
ステップＳ３８では、２つ目のマッチングパターンＭＰｄの基準点Ｑｄの座標から、２点目のスクライブライン交点Ｐｄの座標が算出される。この演算は、前述した図３２に示すものと同じである。ステップＳ３９では、１点目と２点目のスクライブライン交点Ｐｃ，Ｐｄの中心点Ｐｃｄ（図３３）の座標を求める。この中心点Ｐｃｄは、ウェハ座標系における原点となる。また、以下に説明するファインアライメント処理における位置合わせ基準点ＲＰ（図３（Ｃ））として使用される。
【０１１８】
基準ウェハＷＦ１と被測定ウェハＷＦ２との相対的な回転角度は、被測定ウェハにおける基準点の連結方向ＤL2の回転角度θ２と、基準ウェハにおける基準点の連結方向ＤL1の回転角度θ１とを用いて高精度に決定することができる。
【０１１９】
図３４は、高精度な相対回転角度を求める方法を示す説明図である。図３４（Ａ）は、基準ウェハに関して得られた２つの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ直線Ｌ１を示している。これらの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ連結方向ＤL1は、第２の基準点Ｑｂから第１の基準点Ｑａに向う方向に取られている。この連結方向ＤL1の回転角度θ１は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから連結方向ＤL1まで反時計回りに測った角度である。図３４（Ｂ）は、被測定ウェハに関して得られた２つの基準点Ｑｃ，Ｑｄを結ぶ直線Ｌ２を示している。これらの基準点Ｑｃ，Ｑｄを結ぶ連結方向ＤL2も、第２の基準点Ｑｄから第１の基準点Ｑｃに向う方向に取られている。この連結方向ＤL2の回転角度θ２も、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから連結方向ＤL2まで反時計回りに測った角度である。このように、基準ウェハにおける連結方向ＤL1の回転角度θ１も、被測定ウェハにおける連結方向ＤL2の回転角度θ２も、いずれも同じ定義に従って決定されている。従って、これらの差分△θ＝θ２−θ１を求めることによって、これを、基準ウェハと被測定ウェハとの相対的な回転角度として採用することができる。
【０１２０】
ところで、被測定ウェハの回転角度（回転方向）を決める方法としては、他の方法も考えられる。図３５は、粗回転角度α１，α２を用いた粗い相対回転角度の決定方法を示す説明図である。粗回転角度α１，α２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の基準方向Ｄw1，Ｄw2まで反時計回りに測った角度である。従って、粗回転角度の差分△α＝α２−α１を、基準ウェハと被測定ウェハとの相対的な回転角度とすることができる。但し、上述した回転角度θ１、θ２の方が、粗回転角度α１，α２よりも精度が高いので、その相対回転角度△θも、粗回転角度から決定された相対回転角度△αよりも精度が高い。
【０１２１】
回転方向決定手段１５８が被測定ウェハの回転角度（回転方向）を決定する方法としては、上述の方法も含めて、以下のような種々の方法が考えられる。
【０１２２】
方法１：基準ウェハの高精度回転角度θ１と、被測定ウェハの高精度回転角度θ２との差分△θから、両者の相対的な回転角度（回転方向）を決定する。この方法１は、図３４に示したものである。この方法によれば、相対的な回転角度（回転方向）を高精度に決定できるという利点がある。
【０１２３】
方法２：基準ウェハの粗回転角度α１と、被測定ウェハの粗回転角度α２との差分△αから、両者の相対的な回転角度（回転方向）を決定する。この方法２は、図３５に示したものである。この方法を用いる場合には、基準ウェハや被測定ウェハにおいて、少なくとも１カ所の画像でパターンマッチングを行えばよい。従って、処理を高速化できるという利点がある。
【０１２４】
方法３：被測定ウェハの高精度回転角度θ２そのものを、被測定ウェハの回転角度（回転方向）として利用する。図３４（Ｂ）から解るように、高精度回転角度θ２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の連結方向ＤL2までの回転角度である。従って、被測定ウェハは、ステージ座標系の基準方向Ｄｓからθ２だけ回転しているものと考えることが可能である。なお、方法３の変形として、高精度回転角度θ２に一定値を加算または減算した値を、被測定ウェハの回転角度（回転方向）としてもよい。この方法３によれば、基準ウェハからの相対的な回転角度ではなく、ステージ座標系の所定の基準方向Ｄｓを基準とした回転角度（回転方向）を高精度に決定できるという利点がある。特に、基準ウェハの位置合わせ基準点や複数の測定点の座標を、予めステージ座標系の座標に変換している場合には、この回転角度θ２を被測定ウェハの回転角度としてそのまま利用することができる。
【０１２５】
方法４：被測定ウェハの粗回転角度α２そのものを、被測定ウェハの回転角度（回転方向）とする。この場合も、方法３と同様に、回転角度α２に一定値を加算または減算した値を、被測定ウェハの回転角度（回転方向）としてもよい。この方法４によれば、基準ウェハからの相対的な回転角度ではなく、ステージ座標系の所定の基準方向Ｄｓを基準とした回転角度（回転方向）を高速に決定できるという利点がある。
【０１２６】
このように、被測定ウェハのプリアライメント処理によって、位置合わせ基準点ＲＰ（図３）の位置と、回転角度θ２とが決定されたので、これらを用いてステージ座標系の座標と被測定ウェハのウェハ座標系との座標変換を行うことができる。
【０１２７】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１２８】
（１）上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を適用して半導体ウェハの位置合わせ処理（アラインメント処理）を行なう機能を有する測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】画像処理ユニット５０の内部構成を示すブロック図。
【図３】実施例における位置合わせ処理の概要を示す説明図。
【図４】実施例における位置合わせ処理の全体手順を示すフローチャート。
【図５】ステップＴ１の詳細手順を示すフローチャート。
【図６】ＸＹステージ３６上に載置された座標補正用ウェハＷＦ０を示す説明図。
【図７】座標補正用ウェハＷＦ０の中央付近のパターンを示す説明図。
【図８】各座標補正基準点Ｐ０〜Ｐｎの理想ステージ座標値と実測ステージ座標値との関係を示す説明図。
【図９】座標補正テーブル１６６の登録内容を示す説明図。
【図１０】ステップＴ３の詳細手順を示すフローチャート。
【図１１】ステップＴ２２における座標補正処理の内容を示す説明図。
【図１２】座標補正テーブル１６６における４つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ４の登録内容を示す説明図。
【図１３】ステップＴ５の詳細手順を示すフローチャート。
【図１４】座標補正テーブル１６６における４つの座標補正基準点Ｑ１〜Ｑ４の登録内容を示す説明図。
【図１５】基準ウェハＷＦ１を用いたプリアライメント前処理の手順を示すフローチャート。
【図１６】基準ウェハＷＦ１を用いたプリアライメント前処理の手順を示すフローチャート。
【図１７】半導体ウェハＷＦ内に形成された複数のチップの配列の様子を示す概念図。
【図１８】ウェハの中心付近を拡大して示す概念図。
【図１９】１次元投影法による直線エッジ情報の検出処理を示す説明図。
【図２０】ソベルオペレータによる画像処理の方法を示す説明図。
【図２１】ソベルオペレータを用いて得られた水平エッジ値と垂直エッジ値とから、画像の直線部分の角度を算出する方法を示す説明図。
【図２２】処理対象となる多階調画像の一例と、この多階調画像からソベルオペレータ法によって検出された角度のヒストグラムを示す説明図。
【図２３】４つの等価回転角度を示す説明図。
【図２４】スクライブラインＳＬの交点位置に視野の中心を移動させた状態を示す説明図。
【図２５】テンプレート画像ＭＰａの登録の様子を示す説明図。
【図２６】ステップＳ１０の処理内容を示す説明図。
【図２７】被測定ウェハのプリアライメント処理の手順を示すフローチャート。
【図２８】被測定ウェハのプリアライメント処理の手順を示すフローチャート。
【図２９】被測定ウェハにおいて設定される視野の一例を示す説明図。
【図３０】被測定ウェハに関するパターンマッチングの方法を示す説明図。
【図３１】被測定ウェハにおけるウェハの予備回転角度α２prと粗回転角度α２との関係を示す説明図。
【図３２】マッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃと第１のスクライブライン交点Ｐｃとの関係を示す説明図。
【図３３】被測定ウェハにおいて設定された２つの視野の関係を示す説明図。
【図３４】高精度な相対回転角度を求める方法を示す説明図。
【図３５】粗い相対回転角度を求める方法を示す説明図。
【符号の説明】
３０…制御操作ユニット
３１…表示部
３２…操作部
３３…制御部
３４…ステージ駆動部
３５…ステージ座標読み込み部
３６…ＸＹステージ
３６ａ，３６ｂ…ウェハ保持アーム
３８…通信経路
４０…光学ユニット
４１…カメラ
４２…光源
４３…ハーフミラー
４４…対物レンズ
５０…画像処理ユニット
１１０…ＣＰＵ
１１２…バスライン
１１４…ＲＯＭ
１１６…ＲＡＭ
１３６…モニタ
１３８…磁気ディスク
１３９…アライメント情報ファイル
１４０…入出力インタフェイス
１５０…等価回転方向決定手段
１５２…撮像位置決定手段
１５４…パターンマッチング手段
１５６…角度選択手段
１５８…回転方向決定手段
１６０…基準位置決定手段
１６２…測定位置決定手段
１６４…座標補正テーブル作成手段
１６６…座標補正テーブル
１６８…座標補正手段
１７０…座標変換手段
Claims (4)
- ステージに載置されたウェハ上における対象点の座標を補正する方法であって、
（ａ）前記ステージに載置されたウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める工程と、
（ｂ）前記ステージ上に載置された任意のウェハ上の対象点の座標値を前記座標補正情報に従って補正する工程と、
を備え、
前記工程（ａ）は、
（１）前記複数の座標補正基準点を特定するための複数の同一パターンが所定の配列で設定された座標補正用ウェハを前記ステージ上に載置する工程と、
（２）前記座標補正用ウェハ上において、前記複数の同一パターンの配列を検出するとともに、前記複数の同一パターンと所定の位置関係にある前記複数の座標基準点に関して前記実測ステージ座標値を測定する工程と、
（３）前記複数の同一パターンの前記所定の配列から、前記複数の座標補正基準点に関する前記理想ステージ座標値を決定する工程と、
（４）前記工程（２）で測定された前記実測ステージ座標値と前記工程（３）で決定された前記理想ステージ座標値との関係に基づいて、前記座標補正情報を作成する工程と、
を備える対象点座標の補正方法。 - 請求項１記載の方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記対象点に関して、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値を、前記位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値に補正する工程を含む、方法。 - 請求項１記載の方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記対象点に関して、前記位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値を、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値に補正する工程を含む、方法。 - ステージに載置された対象ウェハ上における対象点の座標を決定する方法であって、
（ａ）前記ステージに載置された所定のウェハ上の複数の座標補正基準点に関して、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む実測ステージ座標値と、前記位置ズレ成分を含まない理想ステージ座標値との関係を示す座標補正情報を求める工程と、
（ｂ）所定の対象点設定用基準ウェハを前記ステージ上に載置する工程と、
（ｃ）前記対象点設定用基準ウェハ上において前記対象点を設定するとともに、前記対象点に関するステージ座標系の座標である実測ステージ座標値を測定する工程と、
（ｄ）前記実測ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって前記位置ズレ成分を含まない第１の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第１の理想ステージ座標値を座標変換することによってウェハ座標系の座標であるウェハ座標値を求める工程と、
（ｅ）前記ステージ上に前記対象ウェハを載置する工程と、
（ｆ）前記対象ウェハ上における前記対象点に関する前記ウェハ座標値を座標変換することによって前記対象点に関する第２の理想ステージ座標値を求めるとともに、前記第２の理想ステージ座標値を前記座標補正情報に従って補正することによって、前記ステージの歪みによる位置ズレ成分を含む補正ステージ座標値を前記対象点に関して求める工程と、
を備え、
前記工程（ａ）は、
（１）前記複数の座標補正基準点を特定するための複数の同一パターンが所定の配列で設定された座標補正用ウェハを前記ステージ上に載置する工程と、
（２）前記座標補正用ウェハ上において、前記複数の同一パターンの配列を検出するとともに、前記複数の同一パターンと所定の位置関係にある前記複数の座標基準点に関して前記実測ステージ座標値を測定する工程と、
（３）前記複数の同一パターンの前記所定の配列から、前記複数の座標補正基準点に関する前記理想ステージ座標値を決定する工程と、
（４）前記工程（２）で測定された前記実測ステージ座標値と前記工程（３）で決定された前記理想ステージ座標値との関係に基づいて、前記座標補正情報を作成する工程と、
を備える対象点座標の決定方法。
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1997
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